DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y...
Transcript of DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y...
PORTADA
DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
CARRERA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO ELECTROMECÁNICO
TEMA: “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA MÁQUINA
ETIQUETADORA AUTOMÁTICA DE EMPAQUES PROMOCIONAL
PARA LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN ODIN 1(PLANTA FLUFF).”
AUTORES: GRANDA HEREDIA, CRISTIAN DAVID
MOREANO SINCHIGUANO, FAUSTO JAVIER
DIRECTOR: ING. SÁNCHEZ OCAÑA, WILSON EDMUNDO
LATACUNGA
2019
i
DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
CARRERA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
CERTIFICACIÓN
Certifico que el trabajo titulado “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA MÁQUINA
ETIQUETADORA AUTOMÁTICA DE EMPAQUES PROMOCIONAL PARA LA LÍNEA
DE PRODUCCIÓN ODIN 1(PLANTA FLUFF)” f u e realizado por los señores Granda
Heredia, Cristian David y Moreano Sinchiguano, Fausto Javier, el mismo que ha
sido revisado en su totalidad, analizado por la herramienta de verificación de similitud
de contenido; por lo tanto cumple con los requisitos teóricos, científicos, técnicos,
metodológicos y legales establecidos por la Universidad de Fuerzas Armadas ESPE,
razón por la cual me permito acreditar y autorizar para que lo sustente públicamente.
Latacunga, 5 de febrero del 2019.
ii
DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
CARRERA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
AUTORÍA DE RESPONSABILIDAD
Nosotros, Granda Heredia, Cristian David y Moreano Sinchiguano, Fausto Javier,
declaramos que el contenido, ideas y criterios del trabajo de titulación: DISEÑO E
IMPLEMENTACIÓN DE UNA MÁQUINA ETIQUETADORA AUTOMÁTICA DE
EMPAQUES PROMOCIONAL PARA LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN ODIN 1(PLANTA
FLUFF), es de nuestra autoría y responsabilidad, cumpliendo con los requisitos
teóricos, científicos, técnicos, metodológicos y legales establecidos por la Universidad
de Fuerzas Armadas ESPE, respetando los derechos intelectuales de terceros y
referenciando las citas bibliográficas.
Consecuentemente el contenido de la investigación mencionada es veraz.
Latacunga, 5 de febrero 2019
iii
DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
CARRERA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
AUTORIZACIÓN
Nosotros, Granda Heredia, Cristian David y Moreano Sinchiguano, Fausto Javier
autorizamos a la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE publicar el trabajo de
titulación: “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA MÁQUINA ETIQUETADORA
AUTOMÁTICA DE EMPAQUES PROMOCIONAL PARA LA LÍNEA DE
PRODUCCIÓN ODIN 1(PLANTA FLUFF)” en el Repositorio Institucional, cuyo
contenido, ideas y criterios son de nuestra responsabilidad
Latacunga, 5 de febrero 2019
iv
DEDICATORIA
A mis queridos padres Laura Heredia y Daniel Granda por
haberme dado la oportunidad de existir se los dedico a ellos
por cada momento vivido, por sus consejos, su apoyo, por ser
el pilar fundamental de mi camino y la más grande
motivación para cada meta alcanzada y por su amor que me
ha permitido ser una persona de bien con valores intachables
durante los primeros pasos de vida hasta el día de hoy.
CRISTIAN GRANDA
v
DEDICATORIA
El presente trabajo está dedicado a mis Padres Fausto y María por
su apoyo incondicional quienes supieron guiarme en el transcurso
de mi vida, incentivándome siempre a salir adelante en el
cumplimiento de metas y sueños.
FAUSTO MOREANO
vi
AGRADECIMIENTO
A Dios por ser la parte espiritual quien con su amor supo guiarme por el
camino del bien siendo esa fuerza en los momentos de debilidad y haber estado en todo el camino de mi carrera ayudándome a tomar buenas decisiones.
A mis padres Laura y Daniel gracias por darme la educación en cada etapa de mi vida, por sus palabras que me encaminaron hacer una persona luchadora, por siempre estar apoyando y nunca haberme abandonado, mil gracias por su amor incondicional, les adoro con mi vida.
A mis hermanos Sandra, Sarita, Daniel y Santiago gracias por su apoyo, su confianza y siempre haber estado ahí cuando los necesitaba, a mis sobrinos Joancito que eres como el hermanito menor siempre un niño bien portado, querido por todos y ahora todo un hombre ya profesional te admiro mucho mijo, Camilita, Sebastián, Juliancito, Santy David llegaste para darme un giro total en mi vida a realizar y ponerme en un papel importante como un padre para ti espero haber hecho bien las cosas y la más chiquitita de la casa Danielita, que uno a uno fueron llegando a mi vida llenando mi corazón de un inmenso amor, gracias a ellos que son el motivo para seguir luchando y nunca rendirme, a mis cuñados Carlos y Grecia, nuevamente gracias por mis sobrinos maravillosos que tengo y por ser un reflejo para mi vida profesional.
A toda la familia tíos, primos gracias por estar pendiente de este personaje, a mi prima Lore que fue la compañera desde mis primeros inicios de vida especialmente de clases, compartiendo millón de anécdotas que tuvimos en nuestra hermosa infancia, hasta el día de su curso matrimonial y Johanita gracias por tus palabras fueron y son de mucho aliento, se les lleva en el corazón gracias familia.
Y como no agradecer a cada uno de los ingenieros que formaron parte de la vida universitaria gracias por compartir sus conocimientos sin ellos no habría llegado a cumplir este sueño tan anhelado se los estima mucho.
CRISTIAN GRANDA
vii
AGRADECIMIENTO
Agradezco infinitamente a Dios, por el acompañamiento brindado a lo largo de
mi vida, por haber sido mi fortaleza en momentos de debilidad, por darme la
fuerza necesaria para atravesar momentos difíciles y encaminarme a cumplir
un sueño anhelado de ser Ingeniero Electromecánico.
A mis profesores de la Facultad de Ingeniería Electromecánica, quienes se
encargan de transferir sus conocimientos, de la manera más adecuada,
incentivando siempre el seguir adelante.
FAUSTO MOREANO
viii
ÍNDICE DE CONTENIDO
PORTADA
CERTIFICACIÓN ............................................................................................................. i
AUTORÍA DE RESPONSABILIDAD ............................................................................... ii
AUTORIZACIÓN ............................................................................................................ iii
DEDICATORIA ............................................................................................................... iv
AGRADECIMIENTO ...................................................................................................... vi
ÍNDICE DE CONTENIDO ............................................................................................. viii
ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................................... xvi
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................. xvii
RESUMEN ..................................................................................................................... xx
CAPÍTULO I
PROBLEMÁTICA
1.1. Planteamiento Del Problema ........................................................................ 1
1.2. Antecedentes ................................................................................................ 1
1.3. Justificación E Importancia ........................................................................... 1
1.4. Objetivos....................................................................................................... 2
1.4.1. Objetivo General ........................................................................................... 2
1.4.2. Objetivos Específicos ................................................................................... 2
CAPÍTULO II
FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE LA INVESTIGACIÓN
2.1. Máquinas Etiquetadoras ............................................................................... 4
2.1.1. La etiquetadora Dúplex, de la Pneumatic Scale Corporation ....................... 4
2.1.2. Máquina etiquetadora serie ES-M de Equitek .............................................. 4
ix 2.1.3. Máquina etiquetadora vertical automática MPC-AS ..................................... 6
2.1.4. Máquina etiquetadora de doble cara de alta velocidad MPC-DS ................. 7
2.1.5. Máquina etiquetadora horizontal automática MPC-BS ................................. 7
2.1.6. Máquina etiquetadora automática en línea recta de pegamento húmedo
MPC-JB ........................................................................................................ 8
2.1.7. Máquina etiquetadora plana MPC-PS .......................................................... 9
2.2. Tipos De Etiquetas. ...................................................................................... 9
2.2.1. Etiquetas autoadheribles. ........................................................................... 10
2.2.2. Etiquetas cilíndricas. ................................................................................... 11
2.2.3. Etiquetas de mangas. ................................................................................. 11
2.2.4. Etiquetas termoencogibles. ........................................................................ 11
2.3. Bandas Transportadoras ............................................................................ 12
2.3.1. Clasificación De Las Bandas Transportadoras ........................................... 13
2.3.2. Bandas Transportadoras De Goma ............................................................ 13
a. El Tipo De Superficie .................................................................................. 15
b. El Tipo De Recubrimiento: .......................................................................... 17
2.3.3. Bandas Transportadoras De PVC .............................................................. 18
2.3.4. Bandas Transportadoras Modulares .......................................................... 19
2.3.5. Bandas Transportadoras De Teflón Y Silicona ........................................... 20
2.3.6. Bandas Transportadoras De Valla Metálica ............................................... 21
2.4. Perfiles De Las Bandas Transportadoras ................................................... 22
2.4.1. Descripción del funcionamiento .................................................................. 23
2.4.2. Funcionamiento de las bandas transportadoras ......................................... 23
2.4.3. Funcionamiento de rodillos transportadores ............................................... 24
x 2.5. Fundamentos teóricos para el diseño, cálculo y construcción del
sistema de transportación........................................................................... 25
2.5.1. Funcionamiento del sistema de transportación .......................................... 25
2.5.2. Cálculos para la construcción del sistema de transportación ..................... 26
2.6. Motores Utilizados Para El Accionamiento De Las Bandas
Transportadoras ......................................................................................... 31
2.7. Controlador Lógico Programable ................................................................ 32
2.7.1. Descripción de las características técnicas del PLC .................................. 33
2.7.2. Partes de un PLC ....................................................................................... 33
2.7.3. Lenguajes de programación ....................................................................... 33
2.7.4. Modos de operación del PLC ..................................................................... 34
2.7.5. Funciones de un PLC ................................................................................. 34
2.7.6. Campos de aplicación ................................................................................ 35
2.7.7. Ventajas de los PLC's ................................................................................. 35
2.7.8. Desventajas de los PLC's ........................................................................... 36
2.7.9. Tipo de PLC ................................................................................................ 36
2.7.10. Parte eléctrica ............................................................................................. 36
2.7.11. Tipo de CPU ............................................................................................... 36
2.8. Hipótesis ..................................................................................................... 37
2.9. Variables De La Investigación. ................................................................... 37
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA
3.1. Antecedentes investigativos ....................................................................... 38
3.2. Modalidad de la Investigación .................................................................... 39
xi 3.3. Tipos de investigación ................................................................................ 40
3.3.1. Investigación bibliográfica........................................................................... 40
3.3.2. Investigación de método inductivo .............................................................. 40
3.3.3. Investigación experimental ......................................................................... 41
3.3.4. Diseño de la investigación .......................................................................... 41
3.4. Niveles de la investigación ......................................................................... 41
3.4.1 Exploratoria ................................................................................................ 41
3.4.2. Descriptiva .................................................................................................. 41
3.4.3. Investigación explicativa ............................................................................. 42
3.5. Técnicas de recolección de datos .............................................................. 42
3.5.1. Inspección de la empresa ........................................................................... 42
3.5.2. Técnicas de comprobación de hipótesis ..................................................... 42
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
4.1. Análisis de resultados ................................................................................. 43
4.1.1. Descripción del proyecto ............................................................................ 43
4.1.2. Sensores a utilizados ................................................................................. 44
a. Sensor de Proximidad. ............................................................................... 44
b. Sensores de etiquetas ópticos. ................................................................... 45
4.1.3. Variadores de Frecuencia........................................................................... 46
4.2. Comprobación de hipótesis ........................................................................ 47
4.2.1. Viabilidad del proyecto ............................................................................... 47
CAPÍTULO V
TEMA DE LA PROPUESTA
xii 5.1. Datos Informativos ...................................................................................... 48
5.2. Objetivos..................................................................................................... 48
5.2.1. Objetivo General ......................................................................................... 48
5.2.2. Objetivos Específicos ................................................................................. 48
5.3. Justificación De Propuesta ......................................................................... 49
5.4. Fundamentación De La Propuesta ............................................................. 49
5.5. Diseño de la Propuesta .............................................................................. 50
5.5.1. Introducción ................................................................................................ 50
5.5.2. Parámetros De Diseño ............................................................................... 50
5.5.3. Diseño Conceptual De La Máquina Etiquetadora ....................................... 51
5.5.4. Diseño Del Sistema De Banda Transportadora .......................................... 52
a. Diseño del sistema de banda transportadora ............................................. 53
b. Diseño De Las Placas Verticales Con Acople De Tensión ......................... 56
c. Selección Del Sistema De Transmisión De Potencia ................................. 57
d. Selección Del Moto-Reductor Para Accionamiento De La Banda
Transportadora ........................................................................................... 61
e. Diseño Del Eje De Transmisión .................................................................. 62
f. Diseño De La Estructura Soporte De La Banda Transportadora ................ 64
5.5.5. Diseño Del Sistema Para La Alimentación De Las Etiquetas ..................... 68
a. Diseño Del Soporte Del Rollo De Etiquetas................................................ 69
b. Diseño Del Soporte Del Rollo De Papel De Desperdicio ............................ 75
c. Diseño De Los Rodillos De Dosificación .................................................... 75
d. Diseño De La Estructura Soporte Del Alimentador De Etiquetas ............... 79
5.5.6. Diseño Del Sistema Para Pegado De Las Etiquetas .................................. 82
xiii a. Diseño Del Mecanismo De Desprendimiento De Etiquetas ........................ 82
b. Diseño Del Brazo Para Pegado De Las Etiquetas ...................................... 86
c. Diseño Del Resorte Del Sistema De Pegado De Etiquetas ........................ 87
d. Diseño Del Brazo Soporte Del Mecanismo De Pegado De Etiquetas ........ 90
5.5.7. Modelo Completo 3d De La Máquina De Etiquetado .................................. 91
5.5.8. Diseño Del Circuito De Control Y Potencia ................................................ 92
5.6. Metodología Para Ejecutar La Propuesta ................................................... 95
5.6.1. Construcción de la base de soporte ........................................................... 95
5.6.2. Construcción de los soportes y paletas de sujeción del producto .............. 96
5.6.3. Montaje de las paletas a la cadena ............................................................ 97
5.6.4. Construcción y montaje de guías ............................................................... 98
5.6.5. Montaje de guías a la banda ...................................................................... 98
5.6.6. Montaje de la cadena ................................................................................. 99
5.6.7. Montaje de la caja reductora (banda transportadora) ............................... 100
5.6.8. Montaje de la caja reductora (debobinador) ............................................. 100
5.6.9. Montaje del aplicador de etiqueta ............................................................. 101
5.6.10. Montaje del eje debobinador .................................................................... 101
5.7. Implementación y montaje del sistema eléctrico ..................................... 102
5.7.1. Implementación de PLC en Armario de Control. ...................................... 104
5.7.2. Implementación del sistema de potencia. ................................................. 104
5.7.3. Implementación del circuito de fuerza y control. ....................................... 105
5.8. Pruebas del sistema mecánico ................................................................. 106
5.9. Pruebas del sistema de protección y alimentación. .................................. 107
5.10. Pruebas de funcionamiento del PLC ........................................................ 108
xiv 5.11. Pruebas del sistema de etiquetado .......................................................... 109
5.12. Pruebas y resultados de los empaques a ser etiquetados. ...................... 111
5.13. Análisis Financiero ................................................................................... 113
5.13.1. Análisis De Costos ................................................................................... 114
a. Materiales mecánicos ............................................................................... 114
b. Materiales eléctricos ................................................................................. 115
c. Costos de Maquinado ............................................................................... 116
d. Costos de Operación ................................................................................ 117
5.14. Periodo de recuperación de inversión ...................................................... 121
5.14.1. Flujo de caja ............................................................................................. 121
5.14.2. Valor presente neto (VPN)........................................................................ 123
5.14.3. Tasa interna de retorno (TIR) ................................................................... 124
5.14.4. Análisis costo - beneficio .......................................................................... 125
5.14.5. Interpretación del análisis financiero ........................................................ 127
CONCLUSIONES ........................................................................................................ 128
RECOMENDACIONES ............................................................................................... 129
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................... 130
ANEXOS ..................................................................................................................... 133
ANEXO A SELECCIÓN DEL PLC
ANEXO B SELECCIÓN DE LA FUENTE
ANEXO C SELECCIÓN DEL SENSOR DE PROXIMIDAD
ANEXO D SELECCIÓN DEL SENSOR FOTOELÉCTRICO
ANEXO E SELECCIÓN DEL VARIADOR DE VELOCIDAD
ANEXO F SELECCIÓN DEL FACTOR DE SEGURIDAD
ANEXO G SELECCIÓN DE LA CADENA
ANEXO H SELECCIÓN DEL MATERIAL PLACAS
xv ANEXO I ESFUERZOS DEL ESLABÓN SOLIDWORKS
ANEXO J SELECCIÓN DEL FACTOR DE SERVICIO
ANEXO K SELECCIÓN DE LA RUEDA DENTADA
ANEXO L SELECCIÓN DEL PASO DE LA CADENA
ANEXO M SELECCIÓN DEL COEFICIENTE DE VELOCIDAD
ANEXO N SELECCIÓN DE LA ECUACIÓN DE DESPLAZAMIENTO
ANEXO O ESFUERZOS ESTRUCTURA MESA SOLIDWORKS
ANEXO P SELECCIÓN DEL MOTOR DEBOBINADOR
ANEXO Q ESFUERZOS ESTRUCTURA DE RODILLOS
ANEXO R ESFUERZOS SISTEMA DESPRENDIMIENTO
ANEXO S ESFUERZOS BRAZO MÓVIL
ANEXO T SELECCIÓN DE RESORTE
ANEXO U ESFUERZOS BRAZO FIJO
ANEXO V PLANOS MECÁNICOS
ANEXO W PLANOS ELÉCTRICOS
ANEXO X PROGRAMA PLC
xvi
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Catálogo Motor Siemens ................................................................................. 32
Tabla 2. Datos etiquetado manual ................................................................................ 43
Tabla 3. Resultados del tiempo de etiquetado ............................................................ 112
Tabla 4. Costo de materiales mecánicos .................................................................... 114
Tabla 5. Costo de elementos eléctricos ...................................................................... 115
Tabla 6. Costo de proceso de maquinado .................................................................. 116
Tabla 7. Costo directo total ......................................................................................... 116
Tabla 8. Aportes derechos de ley ................................................................................ 118
Tabla 9. Para trabajadores bajo relación de dependencia .......................................... 118
Tabla 10. Sueldo básico unificado .............................................................................. 119
Tabla 11. Décimo tercer sueldo .................................................................................. 120
Tabla 12. Tasas de interés .......................................................................................... 121
Tabla 13. Amortización de préstamos ......................................................................... 122
Tabla 14. Tasa de interés producto empresarial ......................................................... 122
Tabla 15. Valores TIR ................................................................................................. 124
Tabla 16. Relación Costo-Beneficio ............................................................................ 125
Tabla 17. Valores límite para que el proyecto sea viable ............................................ 126
Tabla 18. Valores límites obtenidos para el proyecto .................................................. 126
xvii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Máquina etiquetadora serie ES-M de Equitek ................................................. 4
Figura 2. Máquina etiquetadora serie ES-1, ES-2 y ES-3 de Equitek ............................. 5
Figura 3. Máquina etiquetadora vertical automática MPC-AS ........................................ 6
Figura 4. Máquina etiquetadora de doble cara de alta velocidad MPC-DS .................... 7
Figura 5. Máquina etiquetadora horizontal automática MPC-BS .................................... 7
Figura 6. Máquina etiquetadora automática pegamento húmedo MPC-JB .................... 8
Figura 7. Máquina Etiquetadora Plana MPC-PS ............................................................. 9
Figura 8. Etiquetas Autoadheribles ............................................................................... 10
Figura 9. Etiquetas Adhesivas ...................................................................................... 11
Figura 10. Banda Transportadora De Goma................................................................. 14
Figura 11. Capas de la banda transportadora de goma ............................................... 15
Figura 12. Banda con superficie lisa ............................................................................. 16
Figura 13. Superficie Nervada ...................................................................................... 16
Figura 14. Superficie Nervada ...................................................................................... 17
Figura 15. Transportación de Sólidos a granel ............................................................. 19
Figura 16. Transporte de Frutas ................................................................................... 19
Figura 17. Banda Modular Corrugada .......................................................................... 20
Figura 18. Banda Modular trenzada. ............................................................................ 20
Figura 19. Bandas Transportadoras De Teflón Y Silicona ............................................ 21
Figura 20. Perfiles De Las Bandas Transportadoras .................................................... 22
Figura 21. Perfil Transversal ......................................................................................... 23
Figura 22. Banda Transportadora ................................................................................. 24
Figura 23. Tensión en una correa ................................................................................. 25
Figura 24. Tensión en la correa de una banda transportadora ..................................... 26
Figura 25. Diagrama de un sistema de transportación ................................................. 27
Figura 26. Diagrama de tensiones ................................................................................ 27
Figura 27. Motor Trifásico ............................................................................................. 32
Figura 28. Sensor de Proximidad ................................................................................. 45
xviii Figura 29. Sensor Óptico .............................................................................................. 46
Figura 30. Variador de frecuencia ................................................................................. 47
Figura 31. Diseño conceptual de la etiquetadora .......................................................... 51
Figura 32. Sistema de banda transportadora ................................................................ 53
Figura 33. Nomenclatura utilizada para la banda transportadora ................................. 54
Figura 34. Cargas sobre las placas verticales con acople de tensión .......................... 57
Figura 35. Sistema de transmisión por cadena ............................................................. 59
Figura 36. Eje del sistema de transmisión .................................................................... 63
Figura 37. Cargas que actúan sobre la estructura soporte ........................................... 64
Figura 38. Diagrama de fuerzas cortantes en la estructura soporte ............................. 67
Figura 39. Diagrama de momentos flectores en la estructura soporte ......................... 67
Figura 40. Sistema para alimentación de las etiquetas ................................................ 68
Figura 41. Propiedades de masa del rollo de etiquetas ................................................ 71
Figura 42. Fuerzas generadas por el rollo de etiquetas ................................................ 73
Figura 43. Cargas que actúan sobre el eje del soporte del rollo de etiquetas .............. 74
Figura 44. Cargas que actúan sobre los rodillos de dosificación .................................. 76
Figura 45. Diagrama de fuerzas axiales en la estructura soporte ................................. 79
Figura 46. Diagrama de fuerzas cortantes en la estructura soporte ............................. 80
Figura 47. Diagrama de torques en la estructura soporte ............................................. 80
Figura 48. Diagrama de momentos en el plano x-y de la estructura soporte ................ 81
Figura 49. Diagrama de momentos en el plano x-z de la estructura soporte ................ 81
Figura 50. Sistema para pegado de las etiquetas ......................................................... 82
Figura 51. Cargas que actúan sobre el mecanismo de desprendimiento de etiquetas . 83
Figura 52. Dimensiones del mecanismo para el desprendimiento de etiquetas ........... 83
Figura 53. Cargas que actúan sobre la barra soporte .................................................. 84
Figura 54. Diagrama de momento flector en el plano x-y de la barra soporte .............. 85
Figura 55. Cargas sobre el brazo de etiquetas ............................................................. 86
Figura 56. Resorte de retorno de etiquetado ................................................................ 88
Figura 57. Cargas sobre el brazo soporte de etiquetas ................................................ 90
Figura 58. Ensamblaje completo de la máquina etiquetadora ...................................... 91
Figura 59. Diagrama de Circuito de Potencia ............................................................... 93
xix Figura 60. Diagrama de Control de las Entradas .......................................................... 94
Figura 61. Diagrama de Control de las Salidas ............................................................ 94
Figura 62. Construcción de la Base de soporte ............................................................ 95
Figura 63. Paletas de sujeción ...................................................................................... 96
Figura 64. Soportes de sujeción de las paletas ............................................................ 97
Figura 65. Montaje de las paletas a la cadena ............................................................. 97
Figura 66. Construcción y montaje de guías................................................................. 98
Figura 67. Montaje de guías ......................................................................................... 99
Figura 68. Montaje de la cadena .................................................................................. 99
Figura 69. Montaje de la caja reductora ..................................................................... 100
Figura 70. Montaje de la caja reductora ..................................................................... 100
Figura 71. Montaje del aplicador de etiqueta ............................................................. 101
Figura 72. Montaje del eje debobinador ..................................................................... 102
Figura 73. Sistema eléctrico ....................................................................................... 102
Figura 74. Sensor de presencia .................................................................................. 103
Figura 75. Sensor fotoeléctrico ................................................................................... 103
Figura 76. Implementación de PLC ............................................................................ 104
Figura 77. Sistema de Potencia .................................................................................. 105
Figura 78. Mandos de Control .................................................................................... 105
Figura 79. Sistema Mecánico ..................................................................................... 106
Figura 80. Sistemas de Protección ............................................................................. 107
Figura 81. Paro de Emergencia .................................................................................. 108
Figura 82. Funcionamiento del PLC ........................................................................... 108
Figura 83. Selector de Mandos ................................................................................... 109
Figura 84. Calibración De Banda Transportadora ...................................................... 110
Figura 85. Pruebas de sensor de presencia ............................................................... 110
Figura 86. Pruebas de la leva Etiquetadora ................................................................ 111
Figura 87. Empaques Etiquetados .............................................................................. 111
Figura 88. Proceso a Etiquetar ................................................................................... 112
Figura 89. Producto Final............................................................................................ 113
xx
RESUMEN
Este proyecto tiene como finalidad automatizar el proceso de etiquetado de los
empaques promocionales, que consiste en un método de manera automática el cual es
etiquetar mediante un sistema de levas que contiene dos rodillos de presión, con un
sistema que despega la etiqueta del papel soporte y la transfiere sobre el producto.
Este sistema es muy utilizado en líneas de producción de diferentes sectores,
aumentando la productividad y minimizando costes y tiempo de operario. El Sistema de
etiquetado de empaques constará de tres etapas el diseño mecánico, construcción y
automatización mediante un PLC, de esta forma se busca mejorar el proceso, al
implementar este proyecto se proporcionará una mejor producción para el incremento
de maquilas. El proyecto será implementado con un sistema automático para el lazo de
funcionamiento, permitiendo así que tanto el producto como el operador satisfagan las
necesidades requeridas por el proceso. El proceso es necesario controlar y mantener
constantes algunos parámetros tales como la presión, la conductividad, la velocidad por
lo cual los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la regulación
de estas constantes en condiciones más idóneas que las que el propio trabajador
podría realizar. El proyecto presentado no solo busca optimizar las etapas de
producción, sino se enfoca también a la Seguridad y Salud Ocupacional del trabajador,
ya que al evitar que los operarios estén en una posición totalmente vertical por varias
horas se va a evitar daños corporales futuros en la persona, los mismos que son
causados por la mala posición y el esfuerzo físico que se produce al estar parados
etiquetando cada promoción.
Palabras clave
SENSORES DE PRESENCIA
SENSORES FOTOELÉCTRICOS
VARIADORES DE VELOCIDAD
AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS
SISTEMA DE LEVAS
xxi
ABSTRACT
The purpose of this project is to automate the process of labeling promotional
packaging, which consists of a method that is automatically labeled by means of a cam
system that contains two pressure rollers, with a system that takes off the label of the
supporting paper and he transfers it over the product. This system is widely used in
production lines of different sectors, increasing productivity and minimizing costs and
operator time. The packaging labeling system will consist of three stages of mechanical
design, construction and automation through a PLC, in this way it seeks to improve the
process, to implement this project will provide a better production for the increase of
maquilas. The project will be implemented with an automatic system for the operation
loop, thus allowing both the product and the operator to satisfy the needs required by
the process. The process is necessary to control and maintain constant some
parameters such as pressure, conductivity, speed whereby the instruments of
measurement and control allow the maintenance and regulation of these constants in
more suitable conditions than those that the worker could perform. The project
presented not only seeks to optimize the production stages, but also focuses on
Occupational Safety and Health of the worker, since by preventing the operators are in a
fully vertical position for several hours will avoid future bodily harm in the person, the
same ones that are caused by the bad position and the physical effort that occurs when
standing around labeling each promotion.
Keywords • PRESENCE SENSORS • PHOTOELECTRIC SENSORS • SPEED DRIVES • PROCESS AUTOMATION • CAMS SYSTEM
1
CAPÍTULO I
1. PROBLEMÁTICA
1.1. Planteamiento Del Problema
La empresa GRUPO FAMILIA (PLANTA FLUFF) no dispone de un sistema para
realizar el empaquetado promocional, por lo que actualmente se lo realiza a mano,
generando retrasos en la producción además de pérdida de tiempo e incremento en la
mano de obra.
El presente proyecto tiene como objetivo mejorar la producción con el fin de
optimizar tiempo, mano de obra y recursos, para ello se realizará un proceso
automatizado de etiquetado.
1.2. Antecedentes
Actualmente los procesos industriales han visto la necesidad de mejorar su
producción tanto en calidad, como en la eficacia de sus procedimientos.
En el país existe una alta demanda para los productos de aseo personal, por lo
que es imprescindible, fabricar productos de primera calidad al menor costo posible.
Cuidando el interés del cliente, la empresa opta por realizar diversas
promociones y poder incursionar de mejor manera en el mercado nacional.
1.3. Justificación E Importancia
A partir de que se introduce en la sociedad el concepto de Producción en Masa,
donde se mejoraba la manufacturación y se podía distinguir a una compañía o industria
de otra en torno a la Calidad y Terminación del producto final.
2 Se potencializa el concepto de marketing para que el producto llegue a la mayor
cantidad de consumidores posibles, no solo mediante la recomendación entre ellos sino
que mediante la puesta en marcha de lo que es conocido como la promoción, siendo el
conjunto de estrategias y aplicaciones que busca que un producto pueda llegar a la
mayor cantidad de hogares posibles.
El proyecto planteado será parte del trabajo diario de la empresa Grupo Familia,
para lo cual tendrá que cumplir las especificaciones técnicas acordes a la operación y
seguridad industrial establecida en normas de trabajo y producción.
La Marca NOSOTRAS de Cuidado y protección femenina. Es La marca experta
en protección y cuidado de la mujer, ofreciendo productos de alta
tecnología como: Toallas higiénicas, protectores diarios, paños íntimos, tampones,
productos post-parto y complementarios, la cual se mantiene en constantes
promociones para mantenerse liderando el mercado Nacional y expandirse en el
mercado internacional.
1.4. Objetivos
1.4.1. Objetivo General
Diseño e implementación de una máquina etiquetadora automática de
empaques promocional para la línea de producción Odín 1(planta fluff).
1.4.2. Objetivos Específicos
Diseñar el sistema eléctrico y mecánico de una máquina para el etiquetado de
empaques.
Construir el sistema eléctrico y mecánico que facilite el proceso de etiquetado de
empaques en la Empresa Grupo Familia.
Automatizar el sistema para el proceso de etiquetado de empaques, mediante la
programación de un controlador lógico programable.
3
Implementar un programa para controlar y establecer los rangos de operación
en los procesos de etiquetado de empaques en la Empresa.
4
CAPÍTULO II
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE LA INVESTIGACIÓN
2.1. Máquinas Etiquetadoras
Existen diferentes tipos de etiquetadoras a continuación se presentará una serie
de máquinas, las cuales mostrarán la diferencia entre ellas.
2.1.1. La etiquetadora Dúplex, de la Pneumatic Scale Corporation
Es un buen ejemplo de máquina automática. Aplica etiquetas a dos paquetes al
mismo tiempo: en el frente solamente o en el frente y en la parte trasera
simultáneamente. La máquina puede manejar envases de manos de 76 milímetros de
ancho con etiquetas de una anchura no superior a 950 milímetros. Su capacidad o
producción nominal es de 80 a 120 envases etiquetados por minuto. No necesita de un
operario fijo y basta que una persona dedique parte de su tiempo a reponer la provisión
de etiquetas y de pegamento. (Pharmachine, 1978)
2.1.2. Máquina etiquetadora serie ES-M de Equitek
Figura 1. Máquina etiquetadora serie ES-M de Equitek
Fuente: (Pharmachine, 1978)
5 Es una etiquetadora semiautomática para envases cilíndricos figura 1, que está
montada en un trípode con ranuras, permitiendo acomodar el equipo en la posición
adecuada. Por su diseño es sumamente útil para las pequeñas producciones pudiendo
lograr una capacidad de producción de hasta 20 etiquetas por minuto. Sus
especificaciones son las siguientes: (Pharmachine, 1978)
Etiquetas: de 25 milímetros de altura mínima hasta 125 milímetros de altura máxima,
y de 30 milímetros de ancho mínimo hasta 350 milímetros de ancho máximo.
Envases de 25 a 160 milímetros de diámetro y de 70 a 320 milímetros de altura.
Control: el equipo cuenta con un motor de pasos inteligente, el cual tiene un
controlador digital para el accionamiento del ciclo, que al detectar el envase en
posición adecuada aplica una etiqueta girando el envase al mismo tiempo
(Pharmachine, 1978)
Figura 2. Máquina etiquetadora serie ES-1, ES-2 y ES-3 de Equitek
Fuente: (Pharmachine, 1978)
La serie ES-1, ES-2 y ES-3 de Equitek figura 2, consiste en un sistema de
etiquetado para aplicar etiquetas auto adheribles con uno, dos o tres cabezales
aplicadores, estos equipos están concebidos para trabajar en forma integral o
6 autónoma, ya que cuentan con su propio transportador, pudiendo acoplarse a líneas de
envasado. El diseño modular de estos equipos permite que por medio de accesorios
acoplados se puedan aplicar etiquetas a encases cilíndricos, de caras panas, ovaladas
o en la parte superior, logrando velocidades de hasta 160 etiquetas por minuto.
(Pharmachine, 1978)
2.1.3. Máquina etiquetadora vertical automática MPC-AS
Figura 3. Máquina etiquetadora vertical automática MPC-AS
Fuente: (Pharmachine, 1978)
La máquina etiquetadora vertical automática es usada principalmente para
etiquetar contenedores cilíndricos, cuadrados o cónicos para productos medicinales,
artículos de uso diario, alimentos, papelería, productos, etc. Puede medir
automáticamente la longitud de las etiquetas y dar alarmas cuando no hay suficientes
etiquetas, etiquetas rotas, no existe suficiente cinta cromada ver la figura 3.
Adicionalmente, es una máquina de interfaz hombre-máquina con funciones de
autodiagnóstico. (Pharmachine, 1978)
7 2.1.4. Máquina etiquetadora de doble cara de alta velocidad MPC-DS
Figura 4. Máquina etiquetadora de doble cara de alta velocidad MPC-DS
Fuente: (Pharmachine, 1978)
Esta etiquetadora de alta velocidad se encuentra diseñada para etiquetar
superficies de objetos redondos, cuadrados o planos en industrias farmacéuticas,
químicas, de alimentos, o de artículos de papelería entre otros figura 4. Se encuentra
en la capacidad de pegar etiquetas simples o dobles al mismo tiempo. Con una
velocidad de etiquetado entre 80 y 200 piezas por minuto, ésta etiquetadora de doble
cara de alta velocidad, es el equipo ideal. (Pharmachine, 1978)
2.1.5. Máquina etiquetadora horizontal automática MPC-BS
Figura 5. Máquina etiquetadora horizontal automática MPC-BS
Fuente: (Pharmachine, 1978)
8 La máquina etiquetadora horizontal automática MPC-BS figura 5, es
generalmente usada para etiquetar objetos con diámetro, es decir objetos
principalmente con forma cilíndrica como botellas, ampollas, jeringas, bateas, jamones,
salchichas, tubos de ensayo, esferos, etc. Es una máquina que tiene un campo de
aplicación muy amplio en diferentes industrias como la farmacéutica, de alimentos,
química, de papelería, electrónica, etc. (Pharmachine, 1978)
2.1.6. Máquina etiquetadora automática en línea recta de pegamento húmedo
MPC-JB
Figura 6. Máquina etiquetadora automática pegamento húmedo MPC-JB
Fuente: (Pharmachine, 1978)
La máquina etiquetadora automática en línea recta de pegamento húmedo puede
trabajar de manera independiente, o conectada a una línea de producción figura 6. Se
encuentra equipada con bombeador de pegamento neumático y dispositivo de alarma
de falta de etiquetas. Éste equipo puede ser usado en diferentes tipos de industria
como la química, farmacéutica, entre otras. (Pharmachine, 1978)
9 2.1.7. Máquina etiquetadora plana MPC-PS
Figura 7. Máquina Etiquetadora Plana MPC-PS
Fuente: (Pharmachine, 1978)
Esta etiquetadora es adecuada para el proceso de etiquetado de superficies de
diferentes tipos de productos como cajas de papel, cartón, baterías, cosméticos, etc.,
figura 7. Las etiquetas incluyen código de barras, etiquetas anti-falsificación, etc.
(Pharmachine, 1978)
2.2. Tipos De Etiquetas.
Las etiquetas se fabrican en una gran variedad de tamaños, formas, diseños,
materiales y adhesivos. Las etiquetas pueden estar hechas de papel, plástico, papel
metalizado o laminado. Pueden estar grabadas o impresas, se ubican en diversas
posiciones en los envases o productos que pueden ser grandes o pequeños.
10 2.2.1. Etiquetas autoadheribles.
Figura 8. Etiquetas Autoadheribles
Fuente. (impresora, 1931)
Se pueden ubicar en cualquier superficie del envase. Pueden ser de papel o
plástico ver la figura 8. Estas etiquetas pueden ser aplicadas manualmente o con
máquina etiquetadora ya que su presentación es en rollo.
Un envase puede tener etiquetas localizadas en la parte frontal, trasera, el cuello
y/o en la parte superior. De igual manera, estas etiquetas se pueden colocar casi en
cualquier cara de una caja. Los sellos fiscales (marbetes) ubicados en la parte superior
de los envases de las bebidas alcohólicas y paquetes de cigarros también son
etiquetas auto adheribles. (impresora, 1931)
11 2.2.2. Etiquetas cilíndricas.
Figura 9. Etiquetas Adhesivas
Fuente: (DG_IMPRENTA, 1995)
Se enrollan completamente en el envase. Las etiquetas se sobreponen
intencionalmente con adhesivo figura 9. Este se aplica en los bordes para fabricar el
sello. Frecuentemente se utilizan en latas y botellas, pero también se pueden utilizar en
cajas y otros envases. Algunos productos alimenticios embotellados las utilizan como
sello para tapas. (DG_IMPRENTA, 1995)
2.2.3. Etiquetas de mangas.
Se pueden colocar en la botella y fijarlas en su lugar, estirando o contrayendo el
material elástico con el que fueron hechas. Otra aplicación de estas etiquetas es el sello
de seguridad que se utiliza en botellas de medicamentos y en algunos otros productos
alimenticios.
2.2.4. Etiquetas termoencogibles.
Estas etiquetas pueden ser utilizadas en envases de plástico, vidrio, latas de
aluminio, etc., dándole una excelente imagen al producto a través de un material
12 altamente brillante, que puede ser impreso con imágenes y textos en 360 grados; lo
cual maximiza la imagen de marca, facilitando la segmentación del producto hacia un
determinado público objetivo.
De esta forma, se logra una clara diferenciación sobre los productos de la
competencia, y además, las etiquetas termo contraíbles tienen la capacidad de contraer
hasta poco más de un 70%, logrando adaptarse a las curvas de cada envase.
2.3. Bandas Transportadoras
Es cada vez más frecuente encontrar empresas con un alto grado de
automatización, que utilizan sistemas de bandas transportadoras en sus procesos de
fabricación, sobre todo cuando estos procesos son flexibles. El uso de tales sistemas
les permite obtener altos grados de eficiencia en la producción, estándares elevados de
calidad y se facilita de esta manera, la fabricación en serie de un producto.
Estas bandas transportadoras son muy utilizadas en diferentes aplicaciones en la
industria, pues pueden transportar económicamente grandes cantidades de materiales
y objetos, como por ejemplo, en transportación de sólidos a granel, en plantas
embotelladoras, procesos de embalaje, etc.
Las bandas transportadoras se fabrican en diferentes materiales y tamaños, las
mismas pueden recorrer kilómetros a velocidades de hasta 5 [m/s] y manejar hasta
5000 [toneladas/ hora]. También pueden funcionar en distancias cortas a velocidades lo
suficientemente lentas para recolección manual, con una capacidad de unos cuantos
kilogramos por hora.
Existe un gran número de variables que nos permiten llegar a escoger con éxito
una banda transportadora requerida para un proceso determinado. Entre las más
importantes y comunes se tienen:
Material a manejar: Características, temperatura, etc.
Capacidad y peso.
13
Distancia de transporte.
Niveles de transporte.
Interferencias, limitaciones, apoyos.
Función requerida del medio transportador.
Condiciones ambientales.
Recursos energéticos.
Recursos financieros (presupuestos).
2.3.1. Clasificación De Las Bandas Transportadoras
De acuerdo al tipo de materiales que van a manejarse, existen dos grandes
grupos de transportadores, ellos son:
• Banda para manejo de producto suelto o a granel.
• Banda para el manejo de productos empacados o cargas unitarias.
Cada banda transportadora posee sus propias características dependiendo del
tipo de empresa, pues las actividades, medio ambiente, espacio, necesidades y manejo
de materiales serán diferentes incluso para empresas que pertenecen a un mismo ramo
de la producción, siendo esta la razón principal por la cual se debe seleccionar en forma
adecuada la banda transportadora.
2.3.2. Bandas Transportadoras De Goma
Son muy utilizadas para el transporte tanto interior como exterior de todo tipo de
productos a granel. Se fabrican con núcleo textil de poliéster y nylon que les confiere
una gran resistencia a la rotura y al impacto del material, además permiten pasar
fácilmente de transporte horizontal a vertical o viceversa.
En función del tipo, número de lonas y características de la cobertura, se adaptan
a las condiciones más adversas de transporte (materiales abrasivos, cortantes,
oleaginosos, fuertes impactos, altas temperaturas, ambientes potencialmente
14 explosivos, etc.). En la figura 10 se muestra un ejemplo de una banda transportadora de
goma.
Figura 10. Banda Transportadora De Goma
Fuente: (PLASTI_GOMM, 1977)
Las bandas transportadoras de goma están compuestas interiormente de una
carcasa formada por capas de tejido engomado constituido por hilos de poliéster en
sentido longitudinal y por hilos de nylon en dirección transversal. Este núcleo se
caracteriza por su alta resistencia a la rotura y al impacto, junto con una gran flexibilidad
y ligereza, permitiendo en función del número de lonas y características de las mismas,
adecuarse a las necesidades de la tensión de trabajo.
Exteriormente esta carcasa está protegida por el recubrimiento superior e
inferior, cuyos distintos grados de calidad de goma, están desarrollados para ofrecer
una óptima duración en función de la abrasión, granulometría y naturaleza del material
a transportar, como se muestra en la figura 11.
15
Figura 11. Capas de la banda transportadora de goma
Fuente: (germanBelt, 2001)
Entre las principales especificaciones que se deben tomar en cuenta para
seleccionar una banda de goma se tienen:
LA LONGITUD: Longitud total de la banda dada en metros.
a. El Tipo De Superficie
Existen diferentes tipos de superficies utilizadas por las bandas de goma, las
más comunes son:
a.1. Superficie Lisa.- Empleada para instalaciones horizontales y de pequeño grado
de inclinación. Las calidades de recubrimiento, así como la carcasa exterior, pueden
combinarse adecuadamente según las exigencias de funcionamiento.
La fabricación normalizada abarca anchos desde 400 a 1.200 mm, y para
aplicaciones específicas se fabrican hasta un ancho de 2.000 mm, la figura 12 muestra
la banda con superficie lisa.
16
Figura 12. Banda con superficie lisa
Fuente: (OMT BIELLA_S.R.L., 1963)
a.2. Superficie Nervada.- Se emplean en cambio para instalaciones que requieran
un elevado ángulo de inclinación.
En la figura 13 se muestra la banda de fabricación nervada.
Figura 13. Superficie Nervada
Fuente: (Intecman, 2000)
a.3. Superficie Rugosa.- El acabado superficial rugoso sirve para incrementar el
coeficiente de rozamiento de los materiales transportados, pudiendo funcionar tanto en
plano horizontal como inclinado.
17 El piso rugoso presenta una superficie conseguida por impresión de tejido grueso
y se recomienda en el transporte típico de aeropuertos, sacos de correo, fardos, etc. En
la figura 14 se muestra un ejemplo de la banda con superficie rugosa. Se confeccionan
con un ancho máximo de 1.200 mm.
El recubrimiento rugoso puede realizarse, según las necesidades, con cualquiera
de las calidades descritas a continuación.
Figura 14. Superficie Nervada
Fuente: (Conveyor Solutions, 1985)
b. El Tipo De Recubrimiento:
Por último se debe tomar en cuenta el tipo de recubrimiento de goma que debe
tener la banda, la selección del recubrimiento depende del material que se necesite
transportar. Los recubrimientos que comúnmente se utilizan son:
b.1. Grado M.
Recomendado para el transporte de materiales cortantes y de granulometría
elevada: granito, cuarzo, rocas duras, vidrios, etc. La temperatura máxima de utilización
es de 60 °C.
18 b.2. Grado N.
Esta calidad de goma es adecuada para el transporte de materiales abrasivos y
relativamente duros: antracita, arena, piedras calcáreas, etc. La temperatura máxima de
operación es de 60°C.
b.3. Anti abrasivo.
Especialmente concebido para el transporte de materiales con un gran poder de
desgaste (granulometría fina). La temperatura máxima de utilización es de 60°C.
b.4. Anti llama.
Está indicada para el empleo en el interior de minas con presencia de gas Grisú
(gas explosivo formado por una mezcla de metano y aire), y en general para atmósferas
potencialmente explosivas.
b.5. Anti aceite.
Fabricado a base de caucho, resiste con gran ventaja sobre otros cauchos de
uso general el ataque de aceites, grasa y prácticamente de todo tipo de hidrocarburos.
La temperatura máxima de utilización es de 120°C.
b.6. Neopreno.
Resistente a la acción de ácidos y álcalis y moderadamente a grasas y aceites.
Además presenta buenas propiedades mecánicas y soporta temperaturas máximas de
130 °C.
2.3.3. Bandas Transportadoras De PVC
Se emplean para el transporte interior de productos manufacturados y/o a granel,
en la mayoría de los sectores industriales: alimentación, cerámica, madera, papel,
embalaje, cereales, etc...
19 Fabricadas, también, con núcleo textil de poliéster pero con coberturas de PVC,
poliuretano o silicona.
Según el tipo de producto a transportar se determinará la calidad de la cobertura:
Blanca alimentaria (PVC o Poliuretano).
Resistentes a grasas y aceites vegetales, animales o minerales.
Resistente a la abrasión.
Resistente a los cortes.
Anti llama.
Antiestáticas permanentes
En las figuras 15 y 16 se muestra algunas aplicaciones de las bandas
transportadoras PVC.
Figura 15 Figura 16
Figura 15. Transportación de Sólidos a granel
Figura 16. Transporte de Frutas
Fuente: (Servindustria, 1923)
2.3.4. Bandas Transportadoras Modulares
Se fabrican con materiales FDA (polietileno, polipropileno y poli acetal), permiten
un amplio rango de temperatura de utilización (-70 a 105°C) y presentan las ventajas de
su fácil manipulación, limpieza y montaje a la vez que una gran longevidad.
20 Sus principales aplicaciones son:
Congelación
Alimentación
Embotellado
Conservas
En la figura 17 y 18, se muestra diferentes tipos de bandas modulares.
Figura 17 Figura 18
Figura 17. Banda Modular Corrugada
Figura 18. Banda Modular trenzada.
Fuente: (HÖKEN_S.A., 1954)
2.3.5. Bandas Transportadoras De Teflón Y Silicona
Su composición a base de tejidos de fibra de vidrio con impregnación de teflón o
silicona les confiere gran anti adherencia, resistencia frente a agentes químicos como
ácidos o disolventes y resistencia térmica (de -60°C a 260°C). Sus principales campos
de aplicación son:
Bandas para túneles de serigrafía, secaderos, selladuras, hornos de acción en
continuo.
Recubrimiento de tolvas y superficies para facilitar el deslizamiento.
Aislante eléctrico.
Manipulación de productos pegajosos y adhesivos
21 En la figura 19 se muestra las bandas de teflón y silicona.
Figura 19. Bandas Transportadoras De Teflón Y Silicona
Fuente: (CAUNOR_S.L., 1994)
2.3.6. Bandas Transportadoras De Valla Metálica
Fabricadas en distintos metales y aleaciones, generalmente están constituidas
por espiras de alambre unidas entre sí por varillas onduladas o rectas. Permiten su
utilización en aplicaciones extremas de temperatura (de -180°C a 1200°C) cuando hay
corrosión química o están expuestas al medio ambiente.
Tanto por los materiales empleados como por los tipos de banda, las
posibilidades de fabricación son infinitas y las aplicaciones más usadas son:
Congelación – enfriamiento
Hornos
Sinterizado
Filtrado
Lavado.
22 2.4. Perfiles De Las Bandas Transportadoras
Para mejorar la capacidad de transporte o el guiado de la banda, es frecuente
recurrir a la ayuda de perfiles. Estos se sueldan a la banda bien con aire caliente o por
alta frecuencia.
Las posibilidades de colocación son muy variadas, por lo que es necesario
estudiar cada caso concreto y elegir la disposición que garantice el mejor
funcionamiento. Los más comunes son:
- Perfil transversal único
- Perfil transversal doble
- Perfil en forma de "V"
- Perfil guía interna
- Perfiles laterales de contención
- Perfil transversal único con laterales de contención
En la figura 20 se muestra los perfiles antes mencionados
Figura 20. Perfiles De Las Bandas Transportadoras
Fuente: (Bandas Industriales_S.A, 1987)
23 Por ejemplo, cuando se requiere que la banda transportadora tenga un grado de
inclinación, los perfiles que se emplean para este tipo de aplicación son los
transversales y los bordes de contención. Como se muestra en la figura 21.
Figura 21. Perfil Transversal
Fuente: (Kunstmann, 1974)
2.4.1. Descripción del funcionamiento
El funcionamiento depende de la forma como se haga el transporte de los
elementos sobre la banda, es decir se los puede hacer mediante bandas
transportadoras o rodillos transportadores.
2.4.2. Funcionamiento de las bandas transportadoras
Este tipo de transportadores continuos están constituidos básicamente por una
banda sinfín flexible que se desplaza apoyada sobre unos rodillos de giro libre. El
desplazamiento de la banda se realiza por la acción de arrastre que le transmite uno de
los tambores extremos, generalmente el situado en la parte superior. Todos los
componentes y accesorios del conjunto se disponen sobre un bastidor, casi siempre
metálico, que les da soporte y cohesión. Ver figura 22.
24
Figura 22. Banda Transportadora
Fuente: (Equipos el Prado S.A., 2009)
En el funcionamiento de las bandas transportadoras se debe tener en cuenta los
siguientes conceptos:
Energía.- Es la capacidad para realizar un trabajo
Potencia.- Es la relación entre la realización de un trabajo o transmisión de energía.
Tensión en una correa.- Es una fuerza que actúa a lo largo de la banda, tendiendo a
que sufra elongación. La tensión de la correa es medida en Newton.
Torque.- Es el resultado de una fuerza que produce rotación alrededor de un eje.
Trabajo.- Es la energía utilizada para aplicar una fuerza a un cuerpo haciendo que este
recorra una distancia.
2.4.3. Funcionamiento de rodillos transportadores
El sistema de rodillos funciona por medio de un motor de rotación, el cual a
través de cadenas, bandas u otro elemento transfiere esta energía a los diferentes
rodillos, lo cual hace que el sistema opere de una manera eficiente haciendo rodar
todos los rodillos a una misma velocidad.
25 2.5. Fundamentos teóricos para el diseño, cálculo y construcción del sistema
de transportación
2.5.1. Funcionamiento del sistema de transportación
Una banda transportadora es un medio utilizada para el desplazamiento de
materiales desde un punto A, hasta un punto final B. para efectuar el trabajo de mover
el material, la banda requiere potencia que es proporcionada por tambor motriz o una
polea de conducción.
El torque del motor transforma en fuerza tangencial, llamada también tensión
efectiva, a la superficie del tambor motriz. Este es el tirón o tensión requerida por la
banda para mover el material de A hasta B (ver figura 23) y es la suma de las siguientes
tensiones:
La tensión para vencer la fricción de la banda y de los componentes en contacto con
ella.
La tensión para vencer la fricción de la carga.
La tensión para aumentar o disminuir debido a los cambios de elevación.
Figura 23. Tensión en una correa
Fuente: (Vizuete Alcocer, 2010)
A continuación se presentan las figuras 24(a) y (b), que ilustran como la banda
debe ser diseñada con una suficiente flexibilidad transversal en la zona de carga
propiamente dicha. Para una banda transportadora vacía, la banda debe hacer
suficiente contacto con el centro de los rodillos, caso contrario, no funcionara
correctamente. En la figura 24(a), la correa está demasiado estirada para hacer
26 contacto con el centro de los rodillos, mientras que en la figura 24(b), el contacto es
suficiente como para guiar la banda a lo largo de su recorrido.
Figura 24. Tensión en la correa de una banda transportadora
Fuente: (Vizuete Alcocer, 2010)
2.5.2. Cálculos para la construcción del sistema de transportación
Cálculo de la holgura de la banda.- Según el autor TRÁN Taylor, en su tesis
´´Diseño e implementación de un sistema automatizado para un prototipo clasificador
de huevos´´ 2009, pág. 24, menciona: La holgura ´´se halla en los costados de la
banda, esta permite tener un margen de espacio utilizado para impedir que el material a
transportar se detenga´´.
( ) (1)
Dónde:
c = Holgura de la banda (pulg).
B = Ancho de la banda (pulg).
Cálculo del ancho plano de la banda.
El ancho plano de la banda (Ap) es donde se ubicará el material a ser transportado.
(2)
Cálculo de la banda completamente cargada
La capacidad de transportación (Qt) y su velocidad (Vt), ver figura 25 se definen
mediante las siguientes ecuaciones:
(3)
27 Dónde:
Qt = Capacidad de transportación [Tn/h]
mq = Masa de la carga [Kg]
Figura 25. Diagrama de un sistema de transportación
Fuente: (Vizuete Alcocer, 2010)
Cálculo de la velocidad de la banda transportadora
(4)
Dónde:
VT = Velocidad de transportación [m/s]
L = Espacio entre centros de los rodillos [m]
t = Tiempo que tarda la carga “q” en recorrer la distancia L [s]
Cálculo de la tensión de la banda transportadora
La tensión efectiva (T1). Se define como la fuerza transmitida por el motor cuando la
banda gira alrededor del tambor de accionamiento, ver figura 26.
Figura 26. Diagrama de tensiones
Fuente: (Vizuete Alcocer, 2010)
28 La tensión efectiva (T1).- Se define como la fuerza transmitida por el motor
cuando la banda gira alrededor del tambor de accionamiento.
A continuación, se procederá a calcular las diferentes variables que influyen en el
cálculo de la tensión efectiva.
(5)
Para el cálculo de la tensión efectiva, deben considerarse tres componentes:
(6)
(7)
(8)
Dónde:
TE = Tensión efectiva [N]
Tx = Tensión necesaria para mover la banda vacía [N]
TY = Tensión necesaria para mover la carga horizontalmente [N]
TZ = Tensión necesaria para levantar o bajar la carga [N]
µ=Coeficiente de fricción entre la banda y tambor motriz (ver anexo7 Tabla I)
LC = Valor ajustado de la distancia entre centros (L) del transportador [m]
Wm = Peso de las piezas en movimiento (rodillos, banda, etc.) [Kg/m]
Q = Razón de la carga [kg/m]
H = Altura de la banda [m]
Peso por unidad de largo que soporta la banda (Wm), utilizando el método de
cálculo que presenta CEMA [2], se tiene que:
(9)
Dónde:
Qt = Capacidad de potencia [Tn/h]
Vt = Velocidad de transportación de la banda [m/s]
29 La componente (TZ) será positivo si se trata de elevar la carga, negativo si se
trata de bajar la carga y cero si el transportador es horizontal como en nuestro caso.
La suma de las tres componentes indicadas es la tensión efectiva (TE) en [N]
Tensión de la banda en el lado de retorno (T2).- la tensión efectiva (TE) es la tensión
necesaria para mover la banda vacía, para mover la carga en sentido horizontal y la
tensión que resulta de levantar o bajar la carga. Sin embargo, esta no es la tensión total
que se ejerce sobre la banda. En sistemas de transmisión por fricción hay que
considerar una tensión adicional con el fin de evitar deslizamiento en el tambor de
accionamiento. Esta tensión adicional es también la tensión de la banda en el lado de
retorno las cuales están determinadas por las siguientes ecuaciones:
(10)
(11)
Dónde:
T2 = Tensión en el lado flojo
T1 = Tensión en el lado tenso
= Coeficiente entre el ángulo de contacto y coeficiente de fricción
K = Factor de transmisión basado en el coeficiente de fricción y arco de contacto
TE = Tensión efectiva
Cálculo del torque y la potencia de la banda transportadora
Para que todo sistema (banda transportadora, elevadores, etc.) pueda
impulsarse con la carga el sistema necesita de un torque (T) así como también de una
potencia (P) necesaria, la misma que se suministra desde un motor eléctrico estos
parámetros se puede obtener mediante las siguientes ecuaciones:
( ) (12)
(13)
( ) (14)
Dónde:
30 T = Torque [N.m]
P = Potencia [Watts]
T1 =Tensión lado tenso [N]
T2 =Tensión lado flojo [N]
Rr = Radio del rodillo [m]
n = Velocidad de rodillo [rpm]
Vt =Velocidad de transportación [m/s]
= 3.1416
Dr = Diámetro del rodillo [m]
Cálculo del ángulo de contacto del rodillo y la banda
Los ángulos de contacto que existen entre el rodillo motriz y conducido con la
banda se determinan aplicando correctamente las ecuaciones que se ilustran a
continuación:
(15)
(16)
Dónde:
Ángulo de contacto en el rodillo arrastrado o conducido
Ángulo de contacto en el rodillo motriz
dr = Diámetro rodillo arrastrado o conducido
Dr = Diámetro del rodillo motriz
L = distancia entre centros de los rodillos
Cálculo de la longitud de la banda
Para calcular la longitud de la banda se puede utilizar la siguiente ecuación:
( ) ( )
(17)
Dónde:
Lb = Longitud de la banda [m]
L = Distancia entre centros de los rodillos [m]
31 Dr = Diámetro del rodillo motriz [m]
dr = Diámetro del rodillo arrastrado [m]
2.6. Motores Utilizados Para El Accionamiento De Las Bandas
Transportadoras
Los motores de las bandas transportadores son en general trifásicos, de 60 Hz
en unidades de 220 voltios, 220/440V voltios, 550 y 208 voltios de cuatro conductores.
Son también utilizados motores con alimentaciones de 240 y 480 voltios. Aunque
existen muchas bandas transportadoras con transmisiones de velocidad ajustable que
utilizan motores de inducción (corriente alterna) también existen transmisiones con
motores de corriente continua especialmente en aplicaciones donde se requieren
ajustes precisos de velocidad, por ejemplo en aplicaciones donde se requiere obtener
una sincronización de bandas transportadoras.
Una de las ventajas de los accionamientos con motores de corriente continua
radica en la facilidad de diseño del circuito de control y potencia; debido a la simplicidad
de diseño los accionamientos de corriente continua son una excelente opción en el
diseño y construcción de bandas transportadoras.
El Motor a utilizar para esta aplicación se lo remarca en la siguiente tabla.
32 Tabla 1
Catálogo Motor Siemens
Fuente: (Siemens S.A, 2002)
Para el debobinador utilizamos el siguiente motor ver la figura 27.
Figura 27. Motor Trifásico
Fuente: (Siemens, 2005)
2.7. Controlador Lógico Programable
Un autómata programable industrial (API) o un Controlador Lógico Programable,
es un equipo electrónico en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo
real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales. Como su nombre lo indica,
se encarga de realizar tareas de control en un determinado proceso industrial basado
33 en una CPU que utiliza instrucciones de programación para tomar decisiones de
encendido y apagado. Este sistema posee un microprocesador que puede ser
programado desde un panel programador, a partir de un teclado mediante un cable de
comunicación. (Autómatas, 2001)
El PLC está diseñado para recibir señales de entradas, procesarlas y de acuerdo
al programa enviar señales de salidas en respuestas a la lógica de programa. El
programa generalmente posee contactos, salida, temporizadores, funciones y
matemáticas, etc. (Autómatas, 2001)
2.7.1. Descripción de las características técnicas del PLC
2.7.2. Partes de un PLC
Los controladores Lógicos Programables se hallan constituidos de las siguientes
partes:
Fuente de poder
Unidad Central Procesos (CPU)
Módulos de memoria
Módulos de entrada y salida
Sección de programación
Módulos periféricos
(Santiago, 2017)
2.7.3. Lenguajes de programación
Los investigadores mencionan que: según la norma IEC 1131-3 se especifica los
siguientes lenguajes de programación para los PLC's:
KOP (esquema de contactos) en un lenguaje de programación gráfico. La
sintaxis de las instrucciones es similar a la de un esquema de circuitos. KOP permite
34 observar la circulación de la corriente a través de contactos, elementos complejos y
bobinas.
AWL (lista de instrucciones) es u n lenguaje de programación textual orientado a
la máquina. En un programa creado en AWL, las instrucciones equivalen en gran
medida a los pasos con los que la CPU ejecuta el programa. Para facilitar la
programación, AWL se ha ampliado con estructuras le lenguaje de alto nivel, tales como
accesos estructurales a datos y parámetros de bloques.
FUP (diagrama de funciones) es un lenguaje de programación gráfico que utiliza
los cuadros del álgebra booleana para representar la lógica. Asimismo, permite
representar funciones complejas (p.ej. funciones matemáticas) mediante cuadros
lógicos.
2.7.4. Modos de operación del PLC
El PLC posee dos modos de operación los mismos que se dan a conocer a
continuación:
Modo STOP.- finaliza la ejecución del programa del S7-200.
Modo RUN.- ejecuta el programa del S7-200.
2.7.5. Funciones de un PLC
Los modernos controladores lógicos programables poseen funciones básicas
elementales así como también funciones complejas, las cuales se describen a
continuación:
Detección
Mando
Dialogo hombre-máquina (HMI)
35
Programación
Redes de comunicación
Sistemas de supervisión
Control de procesos continuos
Entradas y salida distribuidas
2.7.6. Campos de aplicación
Los controladores lógicos programables por sus especiales características de
diseño tienen un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del
hardware y software a nivel mundial, amplía constantemente este campo para poder
satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales
por ejemplo:
Maniobra de máquinas industriales en procesos variables.
Maniobra de instalaciones de aire acondicionado, calefacción, neumática,
hidráulica, etc.
Señalización y control de estados de procesos
Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso.
2.7.7. Ventajas de los PLC's
Menor costo, mantenimiento y consumo de potencia.
Aumenta la fiabilidad del sistema.
Se puede conectar varios PLC's. (integración de redes).
Remplaza muchos elementos de mando electromecánicos (menor espacio).
Posibilidad de gobernar varias máquinas con un mismo autómata.
Posibilidad de realizar grandes modificaciones en el funcionamiento de un
sistema automático con solo realizar un nuevo programa y mínimos cambios de
cableado en tiempos mínimos.
Almacena programas para su posterior y rápida utilización.
36 2.7.8. Desventajas de los PLC's
Susceptibilidad a ambientes y corrosivos, etc.
Existe un lenguaje de programación para cada tipo de PLC's.
Necesita personal calificado para su programación e instalación,
La vida útil de los PLC's con salidas a relés dependerá de la vida útil de los
contactos.
2.7.9. Tipo de PLC
El tipo de PLC (ver anexo A columna 2) que se va a adquirir tiene que cumplir
con todos los requerimientos que exige la construcción del módulo didáctico de control
de posicionamiento de una banda transportadora, existe factores determinantes para
escoger el tipo de PLC como:
2.7.10. Parte eléctrica
La CPU se alimenta con un rango de voltaje entre 120 a 240 Vca. El PLC se
puede manejar con diferentes voltajes de E/S (ver anexo B tabla specification) y esto
depende del voltaje que se tiene disponible en el laboratorio de control y l voltaje que se
aplicará a las cargas (salidas del PLC).
Las salidas que van a manejar el PLC son: entradas digitales del driver 24 Vdc.,
indicados de inicio ciclo y fallo del driver y para el encendido de la bobina de contactor
220 Vac.
2.7.11. Tipo de CPU
El CPU que se va a escoger para el PLC es de acuerdo a las E/S (entradas y
salidas), la memoria, para más detalles se puede observar en el cuadro comparativo
(ver anexo A columna 2), donde tenemos las características que se aproxima a
nuestras necesidades.
37 2.8. Hipótesis
Con el diseño e implementación del sistema automático de etiquetado de
empaques en la Empresa Grupo Familia, se reduce de esta manera sistemáticamente
el tiempo y los costos de maquilado.
2.9. Variables De La Investigación.
Variable independiente: Diseño mecánico, construcción y automatización del
sistema móvil para el etiquetado de empaques.
Variable dependiente: Controlar la velocidad de la banda al transportar los
empaques y la adhesión de los adhesivos promocionales al mismo, obteniendo
disminuir tiempos y costos.
38
CAPÍTULO III
3. METODOLOGÍA
3.1. Antecedentes investigativos
En la actualidad las Empresas se enfrentan a un mundo globalizado, donde
compiten por mantenerse dentro del mercado cada vez más exigente. Estos nuevos
retos se traducen en la necesidad de incrementar la producción, mejorar la calidad de
los productos, disminuir costos de producción, controlar los inventarios de materia
prima, optimizar el recurso humano, etc. El Área de Embotellado de Cervecería
Nacional C.N. Planta Quito genera una gran cantidad de información que debe ser
recolectada, analizada y almacenada; toda esta información está asociada dentro de
cinco grandes grupos: Eficiencia y Velocidad, Operación y Mantenimiento, Producción,
Down Times y Calidad-IQMs. (Santillan Gordon, 2008).
Diseño, construcción e implementación de un módulo didáctico, con un sistema
de posicionamiento de una banda transportadora controlado por medio de PLC y TD-
200 para el laboratorio de la Unidad de Ciencias de la Ingeniería y aplicadas de la
Universidad Técnica de Cotopaxi. (Vizuete Alcocer, 2010)
El proyecto de Investigación de botellas cilíndricas para la Técnica de Ambato,
se realizó debido a la importancia de implementar un sistema de etiquetado automático
para mejorar la producción en el prototipo de embotelladora y a su vez de implementar
con elementos prácticos el Laboratorio de Automatización. Inicialmente se recopila
información básica acerca del proceso de etiquetado, de los tipos de máquinas
etiquetadoras existentes y la teoría que ayuda a entender el funcionamiento y
comportamiento de los diferentes elementos constitutivos de la máquina. Para
seleccionar la mejor opción que permita mejorar el etiquetado y a su vez la producción
dentro del prototipo de embotelladora se conformaron 3 alternativas en los cuales se
39 realizó un análisis orientado a la funcionalidad, mantenimiento, operación y costo de
fabricación. Luego de haber obtenido la mejor opción se procede a diseñar y
seleccionar cada uno de los elementos que conforman la Máquina Etiquetadora.
Después del diseño de cada uno de los elementos de la máquina se realiza un análisis
económico para obtener el costo aproximado de la construcción de la Máquina
Etiquetadora. Para todos los elementos que se van a fabricar se muestra hojas de
procesos facilitando de esta manera la construcción de las partes constitutivas de la
Máquina. Al final se presenta documentación que facilita el entendimiento.
Procedimiento y selección de los componentes, accesorios; además incluye planos de
cada una de las partes fabricadas. (Carrillo & Criollo, 2013)
El presente trabajo de investigación para el etiquetado de frascos, se llevó a
cabo debido a la importancia del sistema dentro del proceso de producción para la
fábrica; además con la finalidad de eliminar uno de los cuellos de botella que por años
no se ha logrado superar. Primeramente se realizó la recopilación de la información
básica acerca del proceso de etiquetado, del tipo de máquinas etiquetadoras existentes
en el mercado; la información recopilada permitió comprender el funcionamiento de los
diferentes sistemas la misma que nos permitió generar tres alternativas de solución las
cuales fueron analizadas bajo criterios como: capacidad de producción, bajo costo de
implementación, facilidad de mantenimiento, espacio, manejo y versatilidad. Una vez
elegida la mejor alternativa se procedió al diseño y selección de los elementos que
constituye la etiquetadora. Después se realizó un análisis económico para determinar el
costo de construcción de la máquina. Para finalizar se presentó la solución adoptada
que se implementó en la Fábrica de mermeladas LA CARLITA, con sus respectivos
cálculos, planos y recomendaciones de funcionamiento con el fin de evitar fallas
prematuras en el sistema. (Hidalgo & Patín, 2015)
3.2. Modalidad de la Investigación
Para definir el presente proyecto se realizó una relación entre el diagnostico-
problema – proyecto - solución respondiendo principalmente las siguientes dos
40 preguntas: ¿Cuál es el problema? y ¿Se solucionará el problema?, para lo cual se
seguirá el siguiente procedimiento:
Para iniciar el proyecto se toma una investigación bibliografía, esto se lo
realiza para tener una visión general entre el diagnóstico y el problema.
Utilizando el método inductivo a través del análisis del, problema para
determinar los requerimientos del proceso y de esta manera comenzar con la
implementación, obteniendo así la relación del problema y el proyecto.
Para finalizar utilizaremos una investigación experimental, la cual mediante el
análisis cuantitativo del tiempo del proceso nos ayudara a valorar la eficiencia
del sistema.
3.3. Tipos de investigación
3.3.1. Investigación bibliográfica
El proyecto a desarrollarse inicia con la recopilación de información en materiales
bibliográficos, uno de los principales pilares de la investigación fueron las tesis que
presentan características similares a nuestro proyecto manejándose en el enfoque de
realizar una etiquetadora para mejorar la producción y de igual manera con la ayuda de
artículos científicos, catálogos, páginas web, libros de ingeniería y automatización,
logrando obtener información importante para el diseño y desarrollo de la maquina
etiquetadora automática.
3.3.2. Investigación de método inductivo
Al realizar la investigación con este método recopilaremos u obtendremos la
información teórico-práctico del proyecto que será implementado en la empresa, con los
resultados de la investigación y el acoplamiento de los equipos que fueron utilizados en
proyectos homólogos, para esto se requiere tener una vasta información para lograr
satisfacer los requerimientos de Grupo Familia.
41 3.3.3. Investigación experimental
Para la utilización de este tipo de investigación, iniciamos en analizar las posibles
soluciones al problema, para esto se verificaron diferentes variables como espacio,
tiempo y costo de producción, además se obtiene información del proceso manual, para
establecer las condiciones que pueden ser mejoradas.
3.3.4. Diseño de la investigación
Se da comienzo a la investigación recopilando los datos de etiquetado manual, a
partir de estos se analiza el requerimiento solicitado por la empresa, de esta manera se
comienza el diseño de la máquina para la cual se requiere utilizar componentes de alto
stock en el mercado, dicho objetivo se cumple cuando el problema planteado sea
resuelto. El objetivo principal del proyecto es el diseño y la implementación de una
maquina automática que tiene su fin de etiquetar adhesivos promocionales en cada
empaque suministrado a la máquina.
3.4. Niveles de la investigación
3.4.1 Exploratoria
Como primer paso a seguir de la investigación se analiza como es el etiquetado
de los empaques en la empresa, esto se da anotar que no disponen de un sistema que
se lo realiza de manera manual, generando costos altos y retrasos en la producción.
Después de este análisis hemos concluido que se debe implementar un proyecto de tal
magnitud que esté acorde a las necesidades de la empresa.
3.4.2. Descriptiva
Este siguiente paso utilizaremos para el planteamiento de la hipótesis que surgió
del análisis de la exploración a la empresa y su finalidad, con esta investigación se
42 definió los procesos y tiempos del proyecto los cuales es de etiquetar adhesivos a los
empaques.
3.4.3. Investigación explicativa
En este último paso que detallaremos se tomara en cuenta la descripción del
proyecto y se explicaran las causas que originan el estudio, se pide una explicación del
objetivo del proyecto. ¿Qué problema tiene la empresa al etiquetar?, ¿Cómo solucionar
el problema que existe al momento de adherir los adhesivos?
3.5. Técnicas de recolección de datos
3.5.1. Inspección de la empresa
Se analizan todos los recursos que recopilen información, para ello se empieza
con una inspección visual de los métodos utilizados al realizar el etiquetado, se verifican
y analizan las tareas realizadas para de esta forma justificar el proyecto de esta manera
dar validez a la investigación, se obtienen además datos estadísticos los cuales nos
ayudan a visualizar de mejor manera el enfoque productivo, se logra determinar la
selección adecuada de elementos necesarios para el desarrollo del proyecto, como es
el caso de verificar los tiempos en realizar el etiquetado.
3.5.2. Técnicas de comprobación de hipótesis
Mediante los datos obtenidos en las investigaciones, se puede realizar una
comparación entre las actividades manuales y el aporte que tendrá para la empresa el
tener una máquina para el desarrollo de esta actividad, comprobando de esta forma una
reducción del tiempo empleado, haciendo de este proceso una aplicación más eficiente.
43
CAPÍTULO IV
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
En este capítulo se presenta los resultados que se obtuvieron luego de la
investigación, permitiendo ser analizados y posteriormente ser utilizados para el
desarrollo del proyecto, como es la selección de componentes para el desplazamiento
de la banda transportadora, el uso de diferentes tipos de sensores y el sistema de
etiquetado de los adhesivos en los diferentes empaques utilizando un entorno de
programación de PLC.
4.1. Análisis de resultados
4.1.1. Descripción del proyecto
En la empresa Grupo Familia no se dispone de un sistema de etiquetado
automático, esto se lo realiza forma manual, los datos se adjunta en la siguiente tabla
Tabla 2
Datos etiquetado manual
Cantidad Detalle 1 Operario 2 Operarios
8 Etiquetado 1 minutos 30 seg.
480 Etiquetado 60 minutos 30 minutos
1500 Etiquetado 187.5 minutos 93.75 minutos
Es muy importante para realizar del proyecto, conocer los diferentes
componentes y dicho funcionamiento de cada uno de los elementos a utilizar para el
diseño y desarrollo de la máquina.
Para lograr el mejor diseño de nuestra máquina etiquetadora y que cumpla con
todos los parámetros que necesita la empresa, se revisaron los siguientes proyectos
tesis.
44
Escuela Politécnica Nacional
´´Diseño De Un Sistema De Gestión De Procesos Para El Área De Embotellado De
Cervecería Nacional C.N- Planta Quito.´´ (Santillan Gordon, 2008)
En el proyecto descrito anteriormente se priorizan los procesos buscando tener
más control de los mismos garantizando de esta manera su producto final
Universidad Técnica De Ambato
“Estudio De Una Etiquetadora De Botellas Cilíndricas Para Mejorar La Productividad En
El Prototipo De Embotelladora En El Laboratorio De Automatización De La Facultad De
Ingeniería Civil Y Mecánica De La Universidad Técnica De Ambato”. (Carrillo & Criollo,
2013)
El estudio mencionado nos ayudara a establecer relaciones entre los
componentes requeridos en este tipo de aplicaciones, buscando la manera más
eficiente de aprovechar los recursos.
4.1.2. Sensores a utilizados
a. Sensor de Proximidad.
Un sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o señales que se
encuentran cerca del elemento sensor ver figura 28.
Existen varios tipos de sensores de proximidad según el principio físico que
utilizan (anexo C). Los más comunes son los interruptores de posición, los detectores
capacitivos, los inductivos y los fotoeléctricos, como el de infrarrojos.
Los sensores inductivos de proximidad han sido diseñados para trabajar
generando un campo magnético y detectando las pérdidas de corriente de dicho campo
generadas al introducirse en él los objetos de detección férricos y no férricos. El sensor
consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un sensor de nivel de
45 disparo de la señal y un circuito de salida. Al aproximarse un objeto "metálico" o no
metálico, se inducen corrientes de histéresis en el objeto. Debido a ello hay una pérdida
de energía y una menor amplitud de oscilación. El circuito sensor reconoce entonces un
cambio específico de amplitud y genera una señal que conmuta la salida de estado
sólido o la posición "ON" y "OFF". (Intelligence, 2016)
El funcionamiento es similar al capacitivo; la bobina detecta el objeto cuando se
produce un cambio en el campo electromagnético y envía la señal al oscilador, luego se
activa el disparador y finalmente al circuito de salida hace la transición entre abierto o
cerrado. (Intelligence, 2016)
Figura 28. Sensor de Proximidad
Fuente: (Intelligence, 2016)
b. Sensores de etiquetas ópticos.
Se caracterizan por tener una frecuencia de conmutación muy alta, (anexo D)
un tiempo de respuesta corto y una alta resolución ver figura 29. Una amplia abertura
entre las horquillas ofrece suficiente espacio para etiquetas de material más gruesas.
Versiones con el flanco inferior muy plano permiten la detección de etiquetas
directamente en el extremo del alimentador, garantizando el aumento la precisión de la
transferencia de etiquetas en forma considerable. (Pepperl-Fuchs, 2011)
46
Figura 29. Sensor Óptico
Fuente: (Pepperl-Fuchs, 2011)
4.1.3. Variadores de Frecuencia.
SINAMICS V20 tiene un diseño compacto y puede adaptarse individualmente a
la aplicación particular o a los requisitos del usuario utilizando varias opciones (por
ejemplo, un BOP externo, cable de conexión, filtro, resistencias de frenado, blindaje)
anexo E. Los dispositivos compactos son adecuados para aplicaciones industriales,
como bombas, ventiladores, compresores y sistemas de transporte. Por otro lado, los
convertidores compactos también se pueden usar en entornos residenciales y
comerciales, para aplicaciones comerciales, tales como mostradores refrigerados,
equipos de acondicionamiento físico, sistemas de ventilación y lavadores comerciales.
(Siemens, 1996)
47
Figura 30. Variador de frecuencia
(Siemens, 1996)
4.2. Comprobación de hipótesis
En la tabla 2, se especifica los tiempos que se demoran uno y dos operadores en
realizar el etiquetado manual, de esta manera verificamos que al implementar una
máquina etiquetadora se logrará mejorar la eficiencia del proceso, es decir se
determinara si el proyecto.
4.2.1. Viabilidad del proyecto
Realizado el análisis se tiene como resultado que el proyecto es factible, así
permitiendo la elaboración del diseño con un software de ingeniería asistida por
computador (Solid Works) y permitiendo su implementación física con sus diferentes
normas establecidas ya en el campo de la empresa.
48
CAPÍTULO V
TEMA DE LA PROPUESTA
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA MÁQUINA ETIQUETADORA AUTOMÁTICA
DE EMPAQUES PROMOCIONAL PARA LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN ODIN
1(PLANTA FLUFF).
5.1. Datos Informativos
Nombre de la empresa: Grupo Familia
Dirección: Provincia De Cotopaxi, Cantón Latacunga, Planta Lasso Grupo Familia.
Tipo de empresa: Producción
Tamaño: Grande
5.2. Objetivos
5.2.1. Objetivo General
Diseñar e implementar una máquina etiquetadora automática de empaques
promocional para la línea de producción Odín 1(planta fluff)”.
5.2.2. Objetivos Específicos
Diseñar el sistema eléctrico y mecánico para el etiquetado de empaques.
Construir el sistema eléctrico y mecánico que facilite el proceso de etiquetado de
empaques en la Empresa Grupo Familia.
Automatizar el sistema para el proceso de etiquetado de empaques, mediante la
programación de un controlador lógico programable (PLC).
49
Implementar un programador para controlar y establecer los rangos de operación en
los procesos de etiquetado de empaques de la Empresa.
5.3. Justificación De Propuesta
Actualmente los procesos industriales han visto la necesidad de mejorar su
producción tanto en calidad, como en la eficacia de sus procedimientos.
En el país existe una alta demanda para los productos de aseo personal, por lo
que es imprescindible, dar a conocer productos de primera calidad al menor costo
posible.
Por lo que es necesario para la empresa, realizar diversas promociones y poder
incursionar de mejor manera en el mercado nacional.
5.4. Fundamentación De La Propuesta
En esta sección se menciona la metodología aplicada para realizar el
dimensionamiento, diseño, y selección de los diferentes elementos mecánicos de la
máquina etiquetadora, con el objetivo que cumpla con todos los requerimientos exigidos
por la Empresa Grupo Familia, en las diferentes etapas del etiquetado, como son:
Transportar los paquetes a ser etiquetados
Alimentar la cinta con las etiquetas autoadhesivas
Despegar la película protectora de las etiquetas
Colocar de forma centrada la etiqueta en el paquete
Pegar la etiqueta haciendo presión sobre el paquete
50 5.5. Diseño de la Propuesta
5.5.1. Introducción
En la etapa inicial del diseño se partió de un modelo 3D preliminar de la máquina
etiquetadora, el mismo que se fue modificando y optimizando durante el proceso de
diseño, con el propósito de alcanzar un estándar de seguridad que garantice que todos
los elementos funcionen de forma confiable y resistan los esfuerzos que se crean bajo
condiciones de operación extrema, hasta llegar al diseño final, utilizando programas de
Diseño Asistido por Computador (CAD) y de Ingeniería Asistida por Computador (CAE),
garantizando así el funcionamiento adecuado y seguro de la máquina etiquetadora
5.5.2. Parámetros De Diseño
En base a los requerimientos funcionales establecidos para la máquina
etiquetadora, la cantidad de paquetes que deben ser etiquetados, el peso y las
dimensiones de las etiquetas y los paquetes de toallas sanitarias, así como también
características que tienen máquinas homólogas en el mercado, se determinan los
principales parámetros que influyen directamente en el diseño mecánico de la
etiquetadora:
Tipo de máquina etiquetadora:
Etiquetadora de rollo con banda transportadora
Velocidad máxima de etiquetado:
3000 paquetes por hora
Capacidad de transporte:
15 paquetes de toallas sanitarias simultáneamente
Espaciamiento de 150 mm entre cada paquete
Características de los paquetes a transportar:
Forma: paralelepípedo rectangular
51
Dimensiones (en mm): 160 x 120 x 80 (alto x largo x ancho)
Material exterior: plástico
Peso máximo: 3,0 N (300 gr) cada paquete
Capacidad del sistema de alimentación de etiquetas adhesiva:
Rollo de etiquetas de 600 mm diámetro por 50 mm de ancho
Peso máximo del rollo de etiquetas 200 N
Dimensiones de cada etiqueta (en mm): 120 x 50 (largo x ancho)
Factor de seguridad mínimo requerido ( ):
2.5 (Anexo F)
5.5.3. Diseño Conceptual De La Máquina Etiquetadora
Con el objetivo de satisfacer los parámetros de diseño, en la presente sección se
selecciona y analiza el diseño conceptual de la mejor variante de las alternativas
propuestas, para a continuación realizar los cálculos requeridos, seleccionar los
componentes y comprobarlos con la simulación por el método por elementos finitos.
Figura 31. Diseño conceptual de la etiquetadora
52 De acuerdo con el diseño conceptual concebido para la máquina etiquetadora,
mostrada en la figura 31, estará compuesta por los siguientes sistemas principales:
1. Sistema de banda transportadora, se encarga de conducir y soportar los
paquetes de toallas sanitaras de forma continua y a una velocidad adecuada por
las diferentes etapas del proceso de etiquetado.
2. Sistema para la alimentación de las etiquetas, dosifica las etiquetas y está
compuesto por rodillos para el bobinado de la cinta de etiquetas, los rodillos
encargados de tensar la cinta de etiquetas y rodillos para recoger el desperdicio.
3. Sistema para pegado de las etiquetas, se encarga de separar la etiqueta de su
película protectora para luego mediante un mecanismo mecánico transmitir la
presión requerida para pegar las etiquetas a los paquetes.
5.5.4. Diseño Del Sistema De Banda Transportadora
El sistema de banda transportadora tendrá las dimensiones adecuadas para
lograr la capacidad de carga máxima de la etiquetadora de 15 paquetes de toallas
sanitaras y será accionada mediante un motor eléctrico permitiendo que los paquetes
de toallas se desplacen de forma continua a través de las diferentes etapas del proceso
de etiquetado.
Los principales elementos del sistema de banda transportadora se muestran en
la figura 32.
1. Banda transportadora
2. Sistema de transmisión de potencia
3. Moto-reductor para accionamiento de la banda transportadora
4. Estructura soporte de la banda transportadora
53
Figura 32. Sistema de banda transportadora
a. Diseño del sistema de banda transportadora
Considerando que en los parámetros de diseño se estableció que la banda debe
transportar 15 paquetes de toallas simultáneamente con un espaciamiento de 150 mm
entre cada paquete y estos tienen 120 mm de largo, como se muestra en la figura 33, la
longitud entre ejes de la banda transportadora viene dada por:
(18)
Dónde:
54 Longitud de cada paquete es igual al largo de la etiqueta = 120 mm
Espaciamiento entre paquetes = 150 mm
Longitud entre ejes de la banda
Figura 33. Nomenclatura utilizada para la banda transportadora
Para generar el movimiento de la banda transportadora se utiliza una cadena de
rodillos # 40 que tiene una longitud total ( ) de 8255 mm (27,1 pies), cuyos cálculos
se realizan en la siguiente sección. Por lo tanto, el peso total de la cadena ( ) es:
(19)
Dónde:
Peso de la cadena (anexo G) = 0,57 lb/pie
Longitud de la cadena
El peso de los 15 paquetes de toallas ( ) que se deben transportar
simultáneamente, viene dado por:
(20)
55
Debido a que, para mantener los paquetes de toallas en una posición fija durante
la etapa de etiquetado, se utiliza una placa vertical superior por cada 270 mm de
longitud de cadena (figura 33), entonces, el número total de placas verticales requeridas
para la banda transportadora es:
(21)
Dónde:
Longitud que utiliza cada paquete (figura 34) = (120 + 150) mm
Número de placas
Se utilizarán 31 placas verticales superiores con acople de tensión. A
continuación, se determina el peso total de todas las placas ( ) a partir de la siguiente
ecuación:
(22)
Luego de varias pruebas realizadas con el sistema de pegado de las etiquetas,
se determinó que la fuerza con la que se requiere presionar la etiqueta autoadhesiva
56 sobre la envoltura de cada paquete, para lograr una adecuada fuerza de adhesión, es
aproximadamente 6 kg:
Entonces, la fuerza de tensión máxima ( ) que debe transmitir la cadena de
rodillos durante la etapa de etiquetado, es:
(23)
La velocidad de avance ( ) requerida en la banda transportadora para lograr el
etiquetado de 3000 paquetes por hora, viene dada por la siguiente ecuación:
(24)
( )
b. Diseño De Las Placas Verticales Con Acople De Tensión
Considerando que el material de empaque de los paquetes a transportar es
plástico, el cual es un material no abrasivo, se selecciona el material más adecuado
para las placas verticales superiores de la banda transportadora.
57 A partir del anexo H tabla 2, se determina que el material recomendado para las
placas verticales superiores es Poliacetal, del anexo H tabla 3, se establece que el
material más adecuado para los acoples de tensión, es plástico PMW, el mismo que
tiene color blanco, genera baja fricción y proporciona buena resistencia al desgaste.
Figura 34. Cargas sobre las placas verticales con acople de tensión
Como se muestra en la figura 34, en la parte superior de las placas verticales se
colocan dos brazos ranurados de acero inoxidable de 2,5 mm de espesor, provistos de
una cubierta de caucho en su extremo superior con el objetivo de asegurar que
empujen los paquetes de toallas sin ocasionar rasguños o daños en la cubierta del
empaque.
Las placas verticales tienen un peso total individual ( ) de 7,4 N y estas deben
resistir los esfuerzos que produce la fuerza de tensión máxima que transmite la
cadena durante la etapa de etiquetado, el análisis de fuerzas se realiza mediante un
software de ingeniería asistida (anexo I).
c. Selección Del Sistema De Transmisión De Potencia
A partir de los parámetros calculados en la sección anterior se determina la
potencia requerida para generar el movimiento de avance de la banda transportadora,
mediante la siguiente ecuación:
58
(25)
⁄
Dónde:
Eficiencia del sistema de transmisión mecánica de la unidad de accionamiento de
la banda transportadora = 70%
Considerando que el sistema de banda transportadora será accionado mediante
un motor eléctrico y en éste sistema se producirán impactos leves debido al
accionamiento del sistema mecánico para el pegado de las etiquetas, el factor de
servicio se obtiene de la Tabla 1 del anexo J.
La potencia de diseño ( ) del sistema de transmisión viene dada por:
(26)
A partir de la potencia de diseñó y la velocidad de giro del eje de transmisión de
58,6 rpm requerida para alcanzar la velocidad de avance ( ) de la banda
transportadora, en el anexo K se determina que la rueda dentada adecuada para el
sistema de transmisión por cadena, es la # 40 de 18 dientes, la misma que debe ser
instalada en los dos extremos del sistema de transmisión (figura 35). Por lo tanto:
59
Figura 35. Sistema de transmisión por cadena
En la tabla del anexo L se observa que la cadena # 40 de 18 dientes tiene un
paso de 0,5 pulg (12,7 mm) y un diámetro de paso ( ) de 2,879 plg (73,2 mm).
A continuación, se determina la velocidad de giro requerida ( ) para alcanzar
la velocidad de avance de la banda transportadora:
(27)
Despejando la velocidad de giro se tiene:
⁄
60
Entonces, se comprueba que para la rueda dentada # 40 con 18 dientes se
obtiene la velocidad de giro de 58,6 rpm requerida.
La longitud total de cadena ( ) utilizada en el sistema de transmisión (figura
35), se obtiene a partir de la ecuación:
( )
(28)
( )
Dónde:
Distancia entre centros de ruedas dentadas = (figura
33)
Debido a que la velocidad lineal de avance de la cadena seleccionada (
⁄ ) es menor que , se comprueba su selección para baja
velocidad, mediante la siguiente desigualdad:
(29)
Dónde:
Coeficiente de velocidad (anexo M) = 1,3
61
Por lo tanto, se comprueba que la cadena # 40 soporta sin problema la fuerza de
tensión que se generada y se concluye que la cadena seleccionada es la adecuada.
d. Selección Del Moto-Reductor Para Accionamiento De La Banda
Transportadora
Debido a que la potencia requerida ( ) para generar el movimiento de avance
de la banda transportadora es 0,154 kW (0,207 hp), se selecciona un motor de corriente
alterna marca SIEMENS, que entrega 1/3 hp de potencia a 1750 rpm de velocidad
nominal.
El torque máximo ( ) que entrega el motor viene dada por la ecuación:
(30)
Dónde:
Potencia nominal del motor eléctrico = 0,33 hp = 250 W
Velocidad nominal de giro del motor = 1750 rpm = 183,26 rad/s
La relación de transmisión ( ) requerida en el reductor de velocidad para lograr
la velocidad de giro de 58,6 rpm, viene dado por:
(31)
62
Lo cual, se selecciona un moto-reductor para 1/3 hp de potencia con una relación
de transmisión ( ) 30:1.
e. Diseño Del Eje De Transmisión
El momento máximo que actúa sobre el eje del sistema de transmisión se
determina a partir de la figura 36.
(32)
El torque que transmite el reductor de velocidad al eje, viene dado por:
(33)
63
Figura 36. Eje del sistema de transmisión
Si el eje se fabrica con acero estructural ASTM A36, se determina su diámetro
mínimo requerido mediante la ecuación para el diseño del eje por la teoría de la energía
de distorsión:
[
(
) ⁄
]
⁄
(34)
[
(
)
⁄
]
⁄
Dónde:
Resistencia a la fluencia del acero ASTM A36 = 250 MPa
Por lo que, se selecciona un eje de diámetro estándar de 20 mm.
64 f. Diseño De La Estructura Soporte De La Banda Transportadora
A partir de la figura 37, se analizan las cargas que actúan en la estructura soporte
de la banda transportadora.
Figura 37. Cargas que actúan sobre la estructura soporte
El peso total de todos los componentes que actúan sobre la banda
transportadora viene dado por:
(35)
El peso total , actúa como una carga uniformemente distribuida que actúa
sobre toda la longitud de la banda transportadora y se obtiene de la siguiente ecuación:
(36)
65
Como se ve en la figura 37, la estructura es estáticamente indeterminada de
primer grado, por lo que se utiliza el método de superposición para determinar las
reacciones en los apoyos y se elige al apoyo como redundante. La ecuación de
compatibilidad en es:
(37)
A partir del anexo N, se obtienen las ecuaciones de desplazamiento en el apoyo
, primero para las cargas externas:
(38)
( )
( )
Luego para la reacción :
Reemplazando en la ecuación de compatibilidad se tiene:
66
Aplicando sumatoria de momentos en el apoyo , se tiene:
∑
Por último, se realiza sumatoria de fuerzas en el eje :
∑
A partir de las reacciones calculadas se dibujan los diagramas de fuerzas
cortantes y momentos flectores mostrados en las figuras 38 y 39 respectivamente:
67
Figura 38. Diagrama de fuerzas cortantes en la estructura soporte
Figura 39. Diagrama de momentos flectores en la estructura soporte
La estructura soporte del sistema de banda transportadora se modela en tres
dimensiones y por su compleja estructura que tiene, el análisis de fuerzas se realiza
mediante un software de ingeniería asistida (anexo O).
68 5.5.5. Diseño Del Sistema Para La Alimentación De Las Etiquetas
Este sistema sostiene el rollo de etiquetas autoadhesivas y las dosifica a una
velocidad adecuada, mediante un sistema de rodillos accionados por un motor eléctrico,
para que se peguen sobre cada paquete de toallas.
Los principales elementos del sistema para la alimentación de las etiquetas se
muestran en la figura 40.
1. Rollo de etiquetas auto adhesivas
2. Soporte del rollo de etiquetas auto adhesivas
3. Rollo de papel de desperdicio
4. Soporte del rollo de papel de desperdicio
5. Sistema de rodillos de dosificación
6. Estructura soporte del alimentador de etiquetas
Figura 40. Sistema para alimentación de las etiquetas
69
a. Diseño Del Soporte Del Rollo De Etiquetas
Este elemento sostiene el rollo de etiquetas y debe permitir su giro para que se
desenrolle a medida que las etiquetas se pegan sobre los paquetes de toallas. Por lo
tanto, este elemento debe resistir el peso del rollo de etiquetas y la fuerza de arrastre
que se requiere para vencer su inercia.
Para que cada una de las etiquetas se peguen de forma correcta, la velocidad de
alimentación de las etiquetas debe ser igual a la velocidad constante de avance de los
paquetes ( ). Por lo tanto, el tiempo empleado en pegar cada etiqueta ( ), viene dado
por la ecuación:
(39)
De forma semejante, el tiempo que se demora en recorrer el espaciamiento entre
paquetes ( ), es:
70
Es éste tiempo (0,667 s), la alimentación de las etiquetas, debe desacelerar
desde la velocidad de avance ( ), hasta cero y detenerse mientras recorre el
espaciamiento entre paquetes (figura 36), para nuevamente acelerar hasta la
velocidad de avance. Este proceso se repite para cada paquete de toallas.
Considerando, que el proceso de aceleración y desaceleración se deben realizar
cada una en un tiempo ( ) no mayor a 0,2 segundos, el valor de la aceleración viene
dado por la ecuación:
(40)
Dónde:
Velocidad inicial = 0 (porque parte del reposo)
La magnitud de la desaceleración es la misma, pero con signo negativo.
Debido a que el rodillo motriz tiene un diámetro de 80 mm, la aceleración angular
( ), se obtiene a partir de la ecuación:
(41)
71
Dónde:
Radio del rodillo motriz = 80/2 = 40 mm
Figura 41. Propiedades de masa del rollo de etiquetas
En la figura 41 se observa que el momento de inercia del rollo de etiquetas
alrededor de su eje de rotación (zz) es:
(42)
72 Entonces, el torque máximo ( ) requerido para vencer la inercia de un rollo
nuevo de etiquetas, viene dado por la ecuación:
(43)
Como el rollo nuevo de etiquetas tiene un diámetro de 600 mm, la fuerza de
arrastre ( ) requerida para vencer su inercia, se obtienen de la figura 41:
(44)
Dónde:
Radio del rollo de etiquetas = 600/2 = 300 mm
La fuerza resultante que se produce por el peso del rollo de etiquetas ( ) y la
fuerza de arrastre ( ), se obtiene a partir de la figura 42:
73
Figura 42. Fuerzas generadas por el rollo de etiquetas
√
(45)
√
El momento de flexión ( ) al que es sometido el eje del soporte del rollo de
etiquetas se obtiene de la figura 43.
74
Figura 43. Cargas que actúan sobre el eje del soporte del rollo de etiquetas
(46)
Para un eje fabricado con acero estructural ASTM A36, se determina el diámetro
mínimo requerido mediante la ecuación para el diseño del eje por la teoría de la energía
de distorsión:
[
(
)
⁄
]
⁄
75
[
(
)
⁄
]
⁄
Por consiguiente, se opta un eje de diámetro de 15 mm.
b. Diseño Del Soporte Del Rollo De Papel De Desperdicio
Sobre éste soporte se enrolla el papel de desecho que sobra una vez que se ha
desprendido las etiquetas, por lo tanto, las cargas a las que está sometido este soporte
son semejantes a las que actúan sobre el soporte para el rollo de etiquetas (el peso del
rollo es un poco menor), sin embargo, para facilitar la construcción de la máquina y
disminuir su costo, se fabricará con la misma geometría y dimensiones que el soporte
del rollo de etiquetas.
c. Diseño De Los Rodillos De Dosificación
Estos rodillos guían la tira de papel con etiquetas desde el soporte del rollo de
etiquetas hasta el rollo de papel de desperdicio, de forma que se logre un etiquetado
preciso y sin que se produzcan arrugas durante el pegado de las mismas. Por la tanto,
debido a que la tira de papel con etiquetas actúa como una banda continua, cada rodillo
estará sometido a la fuerza de arrastre ( ).
El momento de flexión máximo ( ) que actúa sobre los rodillos de dosificación,
se obtiene de la figura 44.
76
Figura 44. Cargas que actúan sobre los rodillos de dosificación
( )
( )
El diámetro mínimo requerido en el eje de los rodillos de dosificación viene dado
por la ecuación:
[
(
)
⁄
]
⁄
[
(
)
⁄
]
⁄
77 Se selecciona un eje de diámetro estándar de 12,7 mm (0,5 pulg).
Los rodillos de dosificación se fabricarán con una superficie exterior de 60 mm de
diámetro cubierta con caucho vulcanizado.
El rodillo motriz es semejante a los rodillos de dosificación, pero como se
mencionó en la sección a, tiene un diámetro exterior ( ) de 80 mm, por lo tanto, para
garantizar una velocidad de avance de la tira con etiquetas, igual a la velocidad de
avance de los paquetes ( ) se determina la velocidad de giro requerida en el rodillo
motriz a partir de la siguiente ecuación:
(47)
⁄
La potencia requerida para vencer la inercia del rollo de etiquetas autoadhesivas
y generar su movimiento de avance viene dado por:
(48)
⁄
Dónde:
Eficiencia del sistema de transmisión de la unidad de accionamiento del rodillo
motriz = 70%
78 Se selecciona un motor de corriente alterna marca SIEMENS (anexo P), que
entrega 1/10 hp de potencia a 1650 rpm de velocidad nominal.
El torque máximo ( ) que entrega el motor viene dada por:
Dónde:
Potencia nominal del motor del rodillo motriz = 0,1 hp = 75 W
Velocidad nominal de giro del motor del rodillo motriz = 1650 rpm = 172,8 rad/s
(anexo P).
La relación de transmisión ( ) requerida en el reductor de velocidad para el
motor del rodillo motriz, viene dado por:
79 Se selecciona un moto-reductor para 1/10 hp de potencia con una relación de
transmisión ( ) 30:1, y para alcanzar de forma exacta la velocidad de giro requerida
se utilizará un variador de frecuencia.
d. Diseño De La Estructura Soporte Del Alimentador De Etiquetas
Debido a que la estructura soporte del sistema de alimentación de etiquetas
tienen componentes en las tres dimensiones, los diagramas de fuerzas y momentos se
obtienen mediante software CAE y se muestran en las figuras 45 a la 49:
Figura 45. Diagrama de fuerzas axiales en la estructura soporte
80
Figura 46. Diagrama de fuerzas cortantes en la estructura soporte
Figura 47. Diagrama de torques en la estructura soporte
81
Figura 48. Diagrama de momentos en el plano x-y de la estructura soporte
Figura 49. Diagrama de momentos en el plano x-z de la estructura soporte
La estructura del sistema de alimentación de etiquetas se modela en tres
dimensiones y el análisis de fuerzas se realiza mediante un software de ingeniería
asistida (anexo Q).
82 5.5.6. Diseño Del Sistema Para Pegado De Las Etiquetas
Este sistema realiza primero la separación de las etiquetas de su película
protectora y luego las adhiere sobre cada paquete de toallas, ejerciendo una presión
adecuada mediante el sistema mecánico.
Los principales elementos del sistema para pegado de las etiquetas se muestran
en la figura 50.
1. Mecanismo para desprendimiento de las etiquetas.
2. Brazo para pegado de las etiquetas.
3. Resorte helicoidal para retorno del brazo de etiquetado.
4. Brazo soporte del mecanismo de pegado de etiquetas.
Figura 50. Sistema para pegado de las etiquetas
a. Diseño Del Mecanismo De Desprendimiento De Etiquetas
Este mecanismo separa cada etiqueta del papel de desecho y permite regular la
posición de pegado de las mismas.
El mecanismo de desprendimiento de las etiquetas está sometido a las cargas
mostradas en la figura 51.
83
Figura 51. Cargas que actúan sobre el mecanismo de desprendimiento de etiquetas
Durante el funcionamiento de la etiquetadora la fuerza de arrastre , que
permite el desprendimiento de las etiquetas, forma un ángulo de 30 o con el eje como
se muestra en la figura 52. Entonces las componentes, horizontal y vertical de
dicha fuerza son:
Figura 52. Dimensiones del mecanismo para el desprendimiento de etiquetas
(49)
84
A partir de la figura 52 y las componentes de la fuerza de arrastre, se determinan
los momentos de torsión y flectores, mostrados en la figura 53, que se generan sobre la
barra soporte, la misma que es el elemento crítico del mecanismo de desprendimiento
de etiquetas:
Figura 53. Cargas que actúan sobre la barra soporte
(50)
85
El momento resultante alrededor de eje z, en el punto 0 de la figura 53, viene
dado por:
(51)
A continuación, se dibuja el diagrama de momentos flectores en el plano x-y de la
barra soporte, que se muestra en la figura 54:
Figura 54. Diagrama de momento flector en el plano x-y de la barra soporte
A partir de estas cargas, el análisis de esfuerzos del mecanismo de
desprendimiento de etiquetas se realiza en un software de ingeniería asistida por
computador (anexo R).
86 b. Diseño Del Brazo Para Pegado De Las Etiquetas
Para que las etiquetas ejerzan la presión requerida sobre el paquete de toallas y
se adhiera de forma adecuada, se utiliza un brazo de acero provisto de dos rodillos
como se muestra en la figura 55. Por lo tanto, la fuerza máxima que el rodillo puede
ejercer sobre la etiqueta depende de la magnitud de la fuerza de tensión máxima que
transmite la cadena durante la etapa de etiquetado (figura 36).
Por lo tanto, se obtiene mediante la sumatoria de momentos en el pivote O del
brazo para pegado de las etiquetas (figura 55):
∑
Figura 55. Cargas sobre el brazo de etiquetas
87 El brazo para el pegado de las etiquetas se fabrica de plancha de acero
estructural ASTM A36 de 6 mm de espesor, tiene un peso de 3,0 N y debe soportar las
cargas mostradas en la figura 44. El análisis de esfuerzos este brazo se realiza en un
software de ingeniería asistida por computador (anexo S).
c. Diseño Del Resorte Del Sistema De Pegado De Etiquetas
Como se establecieron en la sección anterior, para que las etiquetas ejerzan la
presión requerida sobre cada paquete de toallas y se adhieran de forma adecua, se
utiliza un brazo de acero provisto de dos rodillos (figura 55). Sin embargo, luego de que
finaliza el ciclo de pegado de la etiqueta a cada paquete, se requiere que el brazo
retorne a su posición inicial, por lo que es necesario utilizar un resorte helicoidal de
extensión.
Como se muestra en la figura 56, el extremo superior del resorte se sujeta al
brazo soporte del mecanismo de pegado de etiquetas y para lograr que el brazo para
pegado retorne a su posición inicial debe ser capaz de vencer el peso total del brazo
con los dos rodillos. El brazo ensamblado con los rodillos tiene un peso total
y considerando un factor de carga de 2,0 se determina la fuerza de diseño para el
resorte es:
88
Figura 56. Resorte de retorno de etiquetado
Debido a su bajo costo y gran disponibilidad, el resorte es fabricado con alambre
de acero ASTM A227 y para garantizar que su longitud permita que los rodillos del
brazo realicen el recorrido completo para pegar la etiqueta, el resorte debe cumplir con
las siguientes características dimensionales:
La constante del resorte viene dada por:
(52)
⁄
De la tabla 18-2 del anexo T se selecciona un resorte calibre # 19 que tiene un diámetro
del alambre ( ). Para garantizar el diseño del resorte y
demostrar que el diámetro del alambre es adecuado, el índice del resorte debe estar
entre 5 y 12.
89
(53)
El factor de Wahl se obtiene a partir de la siguiente ecuación:
(54)
A medida que el resorte se estira, en el alambre se desarrollan esfuerzos de corte por
torsión , que vienen dado por:
(55)
En la figura del anexo T se determina que para un diámetro del alambre de 0.041 pulg,
el esfuerzo de corte permisible para el acero ASTM A227 es de 110 kpsi. Por lo tanto,
debido a que (el esfuerzo permisible es mayor que el esfuerzo de
operación), el resorte resistirá dicho esfuerzo sin fallar.
El número de bobinas activas que se necesitan para generar las características de
deflexión requeridas en el resorte, viene dado por la ecuación:
90
(56)
⁄
d. Diseño Del Brazo Soporte Del Mecanismo De Pegado De Etiquetas
Este brazo soporta y regula la posición del mecanismo de pegado de las
etiquetas, por lo que debe resistir el peso y las cargas que se generan en el brazo para
pegado de las etiquetas, así como la fuerza del resorte, tal como se muestra en la figura
57.
Figura 57. Cargas sobre el brazo soporte de etiquetas
El brazo base del mecanismo de pegado de etiquetas se fabrica de plancha de
acero ASTM A36 de 6 mm de espesor, tiene un peso de 4,8 N y debe soportar las
cargas mostradas en la figura 57. El análisis de esfuerzos de este elemento se realiza
mediante un software de ingeniería asistida (anexo U).
91 5.5.7. Modelo Completo 3d De La Máquina De Etiquetado
En la siguiente figura se visualiza el ensamblaje completo de la máquina
etiquetadora.
Figura 58. Ensamblaje completo de la máquina etiquetadora
92 5.5.8. Diseño Del Circuito De Control Y Potencia
El sistema de etiquetado de paquetes para la realización de promociones está
constituido por un motor el cual ejerce la potencia necesaria para activar la banda e
iniciar el proceso. El motor del debobinador se activado automáticamente mediante la
señal del sensor, el elemento que nos permitirá realizar los tiempos de etiquetado son
los variadores, que tienen especificaciones de gran aporte lo que hace que sea la mejor
opción para este tipo de aplicación.
Características principales de un variador:
Eliminación de componentes de accionamiento mecánico.
Aumento de vida del motor.
Reducción en el nivel de alteraciones en las líneas de energía.
Reducción de riesgo de daños del motor en encendido y apagado.
La simulación del circuito de potencia se realiza mediante el software CADe_SIMU
debido que abarca librerías como: las protecciones y elementos eléctricos necesarios
para el funcionamiento del sistema.
En la figura 59, se visualiza el diagrama de conexión del arranque
93
Figura 59. Diagrama de Circuito de Potencia
La figura 60 muestra el circuito de control de las entradas, y la figura 61 indica el
circuito de control de las salidas con sus respectivos elementos eléctricos que serán
activados durante el proceso de etiquetado.
94
Figura 60. Diagrama de Control de las Entradas
Figura 61. Diagrama de Control de las Salidas
95 5.6. Metodología Para Ejecutar La Propuesta
La construcción de la máquina de etiquetado se lo elabora con la ayuda del diseño
que se detalló anteriormente, empleando las medidas reales y el tipo de material para
la implementación, las mismas se mencionan en los planos mecánicos (anexo V).
Lo más importante que se analizó para el diseño de la estructura del sistema de
etiquetado es el peso de las dos estructuras, de manera que sea capaz de soportar el
peso de cada uno de sus elementos, con el objetivo de prevenir problemas posteriores
en la implementación.
5.6.1. Construcción de la base de soporte
Este proceso para la construcción se inicia con la elaboración de la pieza base de 4
m de largo, 0,80 [m] ancho, construido con tubo cuadrado de 3/4" x 1.5 mm (tubo de
3m), el cual soportará todo el peso de la máquina, además se elabora la base para el
sistema de etiquetado utilizando tubo cuadrado de 1-1.5" x 2 mm (tubo de 3m) como se
indica en la (figura 62).
Figura 62. Construcción de la Base de soporte
96 Tanto la pieza base de la banda transportadora como la del sistema de etiquetado
serán móviles utilizando sus respectivas ruedas que harán el libre y sencillo
desplazamiento de la maquina a su sitio de trabajo donde la empresa lo requiera.
5.6.2. Construcción de los soportes y paletas de sujeción del producto
Utilizando plancha de duralón de ½ se procede a realizar las piezas de sujeción de
los empaques las mismas q tienen 16 cm de largo y 10 cm de ancho, las mismas q
tendrán una forma de U con medidas de profundidad de 9 cm y 5 cm respectivamente
(figura 63) las que serán acopladas con un soporte para la cadena, el mismo q es de
duralón cuyas dimensiones son 5.8 cm de largo y 2.5 cm de ancho.
Figura 63. Paletas de sujeción
Realizadas las paletas que serán acopladas con un soporte para la cadena, el
mismo q es de duralón cuyas dimensiones son 5.8 cm de largo y 2.5 cm de ancho
(figura 64).
97
Figura 64. Soportes de sujeción de las paletas
5.6.3. Montaje de las paletas a la cadena
Para el montaje de las paletas de sujeción se utiliza una cadena de 1/2" por 8 m de
largo, previamente la paleta va sujeta al soporte por medio de una platina de 5 cm de
largo y 3 cm de ancho utilizando pernos M5 por 20 y tuercas M5 para el agarre, a
continuación cada paleta se sujeta a la cadena con una distancia de 12 cm para la
ubicación del empaque a etiquetar y con una distancia de 25 cm entre cada producto
como se indica en la (figura 65).
Figura 65. Montaje de las paletas a la cadena
98 5.6.4. Construcción y montaje de guías
El siguiente paso es construir las guías utilizando planchas de acero inoxidable de 2
mm con medidas de 1.60 m de largo y 50 cm de ancho se procede a doblar (figura 66)
para su respectivo montaje en la estructura empacadora.
Figura 66. Construcción y montaje de guías
5.6.5. Montaje de guías a la banda
La figura 67 es realizar las guías que nos permitirá el desplazamiento horizontal de las
mismas guías que ayudara cuando la empresa requiera etiquetar sus promociones de
empaques con diferentes medidas.
99
Figura 67. Montaje de guías
5.6.6. Montaje de la cadena
La figura 68 nos muestra el montaje de la Cadena a la banda con las paletas guías
donde se colocaran los paquetes con el producto promocional.
Figura 68. Montaje de la cadena
100 5.6.7. Montaje de la caja reductora (banda transportadora)
En la figura 69 se visualiza la colocación de la caja reductora a la banda, la cual
permite el movimiento horizontal de la cadena comandado por el variador.
Figura 69. Montaje de la caja reductora
5.6.8. Montaje de la caja reductora (debobinador)
En la siguiente figura 70 podemos apreciar el motor reductor que da transmisión al
debobinador que entrega las etiquetas.
Figura 70. Montaje de la caja reductora
101 5.6.9. Montaje del aplicador de etiqueta
En la figura 71 que se presenta a continuación se presenta ya el sistema que realiza
el desprendimiento de la etiqueta con la parte adhesiva y de esta forma realiza la
colocación de la misma en el paquete.
Figura 71. Montaje del aplicador de etiqueta
5.6.10. Montaje del eje debobinador
En este sistema se presentan dos ejes, el primero realiza la entrega de la
etiqueta, mientras que el segundo recibe la parte sobrante después de haberse
desprendido la etiqueta ver figura 72.
102
Figura 72. Montaje del eje debobinador
5.7. Implementación y montaje del sistema eléctrico
El sistema eléctrico de la máquina etiquetadora cuenta con diferentes elementos
eléctricos de potencia y control, por lo que tendrá una alimentación de 220V.
Figura 73. Sistema eléctrico
103 5.7.1. Montaje de los sensores.
Sensor de presencia de producto: el cual detecta el posisionamiento del paquete,
según como avance la cadena.
Figura 74. Sensor de presencia
Sensor de etiqueta: Este tipo de sensores fotoeléctricos ópticos nos permite dar
la señal de arranque del debobinador de etiquetas.
Figura 75. Sensor fotoeléctrico
104 5.7.1. Implementación de PLC en Armario de Control.
Tomando en cuenta la versatilidad del costo y su gran eficiencia requerimos el
PLC LOGO 12/24 RCE para el control de la máquina, en sus diferentes etapas.
Para este tipo de componentes debemos tener en cuenta su correcta
alimentación, por lo que es de suma importancia su fuente, y que estos componentes
tengan las protecciones adecuadas.
Figura 76. Implementación de PLC
5.7.2. Implementación del sistema de potencia.
Para esta aplicación hemos optado conveniente utilizar el variador de velocidad
SINAMICS V20, el cual presenta aplicaciones confiables, logrando las secuencias de
movimiento requeridas para la máquina.
105
Figura 77. Sistema de Potencia
5.7.3. Implementación del circuito de fuerza y control.
Para el sistema de Control y Potencia se utiliza Cable Flexible # 12 y 14 AWG
tanto para la conexión de los componentes de protección como para los botones,
pulsadores, sensores y demás dispositivos, los cuales fueron conectados con borneras
adecuadas.
Figura 78. Mandos de Control
106 5.8. Pruebas del sistema mecánico
Finalizada la construcción de la máquina se comienza a realizar las pruebas de
funcionamiento, se realizó como se muestra en la (figura 79), el movimiento de la banda
transportadora por medio del motor reductor esta prueba se efectúa estando atentos a
que los diferentes elementos no produzcan choques o sonidos que comprometan el
estado de los componentes y además el movimiento del mecanismo de etiquetado que
sea satisfactorio.
Figura 79. Sistema Mecánico
107 5.9. Pruebas del sistema de protección y alimentación.
Figura 80. Sistemas de Protección
Para salvaguardar los diferentes componentes, se realiza la colocación de las
protecciones correspondientes de la máquina de etiquetado como: breaker, relés
térmicos, fusibles, paro general como se indica en la (figura 80).
Los componentes de protección tienen la finalidad de desactivar y parar el
funcionamiento de la máquina de etiquetado de adhesivos al producirse una
sobrecarga o un cortocircuito en los motores que se encuentran en la banda
transportadora y el mecanismo de etiquetado respectivamente, cada uno de estos
elementos de protección fueron seleccionados adecuadamente, se realizaron las
pruebas de funcionamiento a cada componente y como resultado funcionaron
correctamente, sin embargo se debe tener muy en cuenta las horas de labor de la
máquina para evitar daños posteriores.
El dispositivo de emergencia permite detener de manera rápida el
funcionamiento de la máquina de etiquetado de adhesivos en cualquier instante por una
falla o algún accidente de trabajo arriesgando la integridad física del operador, su
localización es en la parte más accesible ver figura 81. Se efectuaron varias pruebas y
su funcionamiento fue adecuado.
108
Figura 81. Paro de Emergencia
5.10. Pruebas de funcionamiento del PLC
Una vez instalado los elementos de seguridad se energiza por primera vez el
tablero de control, de esta forma se comprueban que el PLC LOGO 12/24RCE de
marca Siemens no presente daños ya sea estos por fábrica o mala instalación tal como
se muestra en la (figura 82), después de garantizar los procesos anteriores se
comienza a comprobar la comunicación entre el Logo y el servidor. A partir de este
punto almacenaremos el programa garantizar su funcionamiento.
Figura 82. Funcionamiento del PLC
109 5.11. Pruebas del sistema de etiquetado
Para iniciar el proceso de etiquetado colocamos el selector en ON, como se
indica en la figura 83.
Al presionar el pulsador de inicio, se activa el sistema.
Figura 83. Selector de Mandos
Las principales pruebas son:
a) Pruebas de la banda transportadora
b) Pruebas de los sensores de presencia
c) Pruebas del sistema mecánico de colocación de etiquetas
a. Se Arranca la banda transportadora, la cual mantiene un movimiento
constante para el traslado de los paquetes, se verifica que haya un libre movimiento de
las paletas, para que estas no presenten fricción en el sistema
110
Figura 84. Calibración De Banda Transportadora
b. Las pruebas realizadas al sensor de presencia fueron exitosas, en esta
pudimos determinar la distancia del sensor al mecanismo de etiquetado, ya que este da
el arranque del debobinador de etiquetas además se realiza una calibración de 5 mm
de distancia entre el paquete y el sensor.
Figura 85. Pruebas de sensor de presencia
c. Otra prueba muy importante fue realizar la verificación de la leva que permite
la fijación de la etiqueta. (Figura 86).
111
Figura 86. Pruebas de la leva Etiquetadora
5.12. Pruebas y resultados de los empaques a ser etiquetados.
Este Procedimiento de etiquetado de empaques promocionales se lo realizaba
de forma manual en el área de empaques especiales,
Figura 87. Empaques Etiquetados
112 El etiquetado de empaques mantiene todo un reproceso debido a que después
de enviar los paquetes ya embalados, estos se vuelven a abrir las cajas de producto en
el área de empaques especiales
Figura 88. Proceso a Etiquetar
El proceso de etiquetado de empaques con un operario tiene un estimado de
ocho paquetes por minuto, esta cantidad se eleva según la cantidad de operarios que
realicen la actividad.
Con la elaboración de la máquina se reduce los tiempos de etiquetado como se
demuestra en la siguiente tabla 3.
Tabla 3
Resultados del tiempo de etiquetado
Cantidad
Detalle 1 Operario 2 Operarios Máquina
8 Etiquetado 1 minutos 30 seg. 19.2 seg.
480 Etiquetado 60 minutos 30 minutos 19.2 minutos
1500 Etiquetado 187.5 minutos 93.75 minutos 60 minutos
113 Los beneficios que brinda la máquina de etiquetado de empaques son:
Implementación de etiquetado continuo
Aumento de productividad en el área
Disminución del tiempo de etiquetado de empaques
Figura 89. Producto Final
5.13. Análisis Financiero
Para el análisis financiero se toma como objetivo determinar los recursos que
dispone GRUPO FAMILIA para poner en funcionamiento el proyecto, el mismo que
tendrá como finalidad conocer la rentabilidad económica y social que asegure una
necesidad de manera eficiente, segura y rentable para la empresa.
114 5.13.1. Análisis De Costos
a. Materiales mecánicos
En la tabla 4 se expone todos los materiales, con los cuales se implementó la
elaboración de la máquina.
Tabla 4
Costo de materiales mecánicos
N˚ DESCRIPCIÓN CANTIDAD V. UNIT. V. TOTAL
1 Tubo Rectangular 80mmx40mmx2mm 6 5 30
2 Chumacera para rodamiento 6010 4 15 60
3 Correa 1 8 8
4 Pernos de 3/8 x 1-1/2" 50 0,16 8
5 Pernos de Anclaje 5/8" 4 2,75 11
6 Plancha de acero Inox. 1 50 50
7 Plancha laminada en caliente ASTM (6 mm) 1 125 125
8 Duralon tubular 4" 2 60 120
9 Plancha de Duralon. 2 120 240
10 Cadena de 1/2" 10 4 40
11 Ruedas 12 7 84
12 Motor reductor Transmisión Banda 1 1300 1300
13 Motor reductor Debobinador 1 850 850
14 ½ Plancha Acero Negro 8mm 1 100 100
15 Rodillos debobinadores 2 50 100
16 Eje 17,5mm 1 45 45
17 Arandelas 100 0,05 5
18 Tubo cuadrado de 1-1.5" x 2 mm (tubo de 3m) 2 9,5 19
19 Tubo cuadrado de 3/4" x 1.5 mm (tubo de 3m) 2 5 10
Continua
115
20 Resorte de helicoidal 1 5 5
21 Recubrimiento térmico 2 4 8
Total 3218
b. Materiales eléctricos
En la tabla 5 se expone todos los materiales eléctricos, con los cuales se
implementó la elaboración de la máquina.
Tabla 5
Costo de elementos eléctricos
COSTO DE MATERIAL ELÉCTRICO
N˚ DESCRIPCIÓN CANTIDAD V. UNIT. V. TOTAL
1 SENSOR DE PRESENCIA 1 90,00 90,00
2 SENSOR DE ETIQUETAS FOTOELECTRICO 1 280,00 280,00
3 CABLE SENSOR DE ETIQUETAS 1 25,00 25,00
4 CONTACTOR 220V 2 31,85 63,70
5 RELE 220 V 4 15,90 63,62
6 BASE RELE 4 5,26 21,04
7 LUZ PILOTO VERDE 1 28,67 28,67
8 PULSADOR ENCENDIDO APAGADO 2 28,40 56,80
9 PULSADOR PARO 1 28,20 28,20
10 CABLE FELXIBLE # 18 100 0,18 18,00
11 CABLE SUCRE 4X16 30 1,25 37,50
12 CABLE SUCRE 4X18 30 0,80 24,00
13 BORNERA CUBIERTA 12 P 2 2,45 4,90
14 INTERRUPTOR TRIFASICO 32 A 1 24,50 24,50
15 VARIADOR DE VELOCIDAD 2 310,84 621,67
16 BREAKER TRIFASICO 16 A 1 12,11 12,11
17 BREAKER BIFASICO 6 A 1 7,86 7,86
18 TERMICOS 2 50,47 100,93
19 CAJETIN 40X40X20 2 50,00 100,00
20 RIEL CAJETIN 2 2,53 5,06
Continua
116 21 TERMINALES 200 0,05 10,53
22 ROLLOS DE ETIQUETAR CABLES 1 40,00 40,00
23 CLAVE 3P 16A 1 20,97 20,97
24 TUBERIA BX 1/2" 10 1,74 17,36
25 TUBERIA BX 1" 5 3,47 17,36
26 CONECTOR BX 1/2" 10 0,95 9,52
27 CONECTOR BX 1" 10 2,24 22,40
28 LOGO 1 250,00 250,00
29 FUENTE DE PODER LOGO 24 V 1 95,20 95,20
TOTAL 2096,89
c. Costos de Maquinado
En la tabla 6 se expone el costo de los procesos para la implementación de la
máquina.
Tabla 6
Costo de proceso de maquinado
COSTOS DE MAQUINADO
N˚ MAQUINA TOTAL
1 Soldadura 275
2 Torno 150
3 Amoladora 70
4 Dobladora 65
5 Taladro 60
6 Pintura 80
TOTAL 700
En la tabla 7 se expone el costo directo total de la implementación de la máquina
etiquetadora automática de empaques promocionales.
Tabla 7
Costo directo total
117
La máquina de etiquetado de empaques tuvo una inversión inicial total $10000
dólares americanos.
d. Costos de Operación
Para analizar los costos de operación se tiene consumo de energía eléctrica para la
máquina, por lo que realizaremos el siguiente análisis.
(57)
El costo del tiene un promedio de 0,092ctv, el costo de cada hora será 0,172 $/h,
como la máquina tendrá una jornada de 8 horas diarias el costo del consumo eléctrico
será:
Componentes Mecánicos 3218
Componentes Eléctricos 1870,71
Componentes de proceso de
maquinado700
Costos de Montaje 500,00
TOTAL 6288,708
COSTO DIRECTO TOTAL
118
Adicional a estos gastos se debe incluir el gasto del operador que percibe una
remuneración básica de $ 375 con el aporte al IESS con derechos de ley.
Tabla 8
Aportes derechos de ley
CONCEPTOS PERSONAL PATRONAL TOTAL
SEGURO DE INVALIDEZ, VEJEZ Y MUERTE (12 pensiones mensuales, decimotercera, decimocuarta y auxilio de funerales).
6,64 3,10 9,74
LEY ORGÁNICA DE DISCAPACIDADES LOD
0,10 0,00 0,10
SEGURO DE SALUD (Enfermedad y maternidad del Seguro General, subsidio económico del seguro general, atenciones de salud por accidentes de trabajo y enfermedades profesionales y protesis)
0,00 5,71 5,71
SEGURO DE RIESGOS DEL TRABAJO (Subsidios, indemnizaciones, 12 pensiones mensuales, decimotercera, decimocuarta, promoción y prevención)
0,00 0,55 0,55
SEGURO DE CESANTÍA 2,00 1,00 3,00
SEGURO SOCIAL CAMPESINO 0,35 0,35 0,70
GASTOS DE ADMINISTRACIÓN 0,36 0,44 0,80
TOTAL 9,45 11,15 20,60
El aporte al IESS se obtiene un porcentaje del 9,45% del salario.
Tabla 9
Para trabajadores bajo relación de dependencia
119
EMPLEADO 1 EMPLEADO 2 EMPLEADO 3 TOTAL COSTO
EMPLEADOS
APORTE PERSONAL 35,44 35,44 35,44 106,31
APORTE PATRONAL 41,81 41,81 41,81 125,44
TOTAL 77,25 77,25 77,25 231,75
Décimo cuarto sueldo
Es un bono escolar que se entrega a los trabajadores bajo relación de dependencia,
indistintamente de su cargo o remuneración. Es el valor de un sueldo básico unificado
vigente que este año es $375,00.
Su cálculo se lo realiza del 01 de Agosto al 31 de julio del año en curso.
Tabla 10
Sueldo básico unificado
EMPLEADO 1 EMPLEADO 2 EMPLEADO 3
TOTAL COSTO EMPLEADOS
DÉCIMOS CUARTO
DECIMO CUARTO SUELDO
375,00 375,00 375,00 1.125,00
TOTAL 375,00 375,00 375,00 1.125,00
( )
( )
Décimo tercer sueldo
120 El décimo tercer sueldo, (décima tercera remuneración) o bono navideño, es un
beneficio que reciben los trabajadores bajo relación de dependencia y corresponden a
una remuneración equivalente a la doceava parte de las remuneraciones que hubieran
percibido durante el año calendario.
Su cálculo se lo realiza desde el 01 de Diciembre del año anterior al 30 de
Noviembre del año en curso.
Tabla 11
Décimo tercer sueldo
EMPLEADO 1 EMPLEADO 2 EMPLEADO 3
TOTAL COSTO EMPLEADOS
DÉCIMOS TERCEROS
DECIMO TERCER SUELDO
375,00 375,00 375,00 1.125,00
TOTAL 375,00 375,00 375,00 1.125,00
( )
El sueldo anual de un operador será el siguiente.
121 5.14. Periodo de recuperación de inversión
5.14.1. Flujo de caja
Para el desarrollo del flujo de caja se debe tomar en cuenta una proyección durante 5
años, en el cual se muestra una estimación anticipada de los ingresos y egresos de la
empresa GRUPO FAMILIA, se considera siguientes:
Las ventas estimadas para el primer año en la empresa “GRUPO FAMILIA” según
datos de la misma es de $144.000,00.
La tasa de interés del producto empresarial es del 10,21%.
La empresa tiene previsto un aumento del 8% anual de producción.
Tabla 12
Tasas de interés
Fuente: (Ecuador, 2019)
122
Se dispone en realizar un financiamiento de $10000 dólares americanos para la
implementación de la etiquetadora, con estos datos obtenidos se puede elaborar la
amortización de préstamo anual ver tabla 13.
Tabla 13
Amortización de préstamos
CUADRO DE AMORTIZACIÓN
Introducción de datos:
IMPORTE 10.000
INTERES NOMINAL: 10,21%
Resultados:
AÑOS: 5
Comisión de apertura: 0
PERIODO DE PAGO: 1
Comisión de gestión: 0
Comisión de apertura: 0
Capital efectivo: 10.000
Comisión de gestión: 0
T.A.E. real 10,210%
Periodos de pago Cuota Pago de intereses Amortización del principal
Amortización acumulada
del principal Capital pendiente
0
10.000
1 2.652 1.021 1.631 1.631 8.369
2 2.652 854 1.798 3.429 6.571
3 2.652 671 1.981 5.410 4.590
4 2.652 469 2.184 7.594 2.406
5 2.652 246 2.406 10.000
Con estos datos se puede elaborar el flujo de caja con la ayuda de una hoja de cálculo
en Excel, como se muestra en la tabla 14.
Tabla 14
Tasa de interés producto empresarial
123
5.14.2. Valor presente neto (VPN)
Es el valor presente neto del flujo de carga proyectada a los cinco años de la
implementación de la máquina.
∑
( ) (58)
Dónde:
= Inversión o Capital [$]
= Flujo de carga de año i [$]
= Tasa de descuento real utilizada [$]
= Numero de periodos de vida del proyecto [años]
( )
( )
( )
( )
( )
$ 44.417,27
El valor del VPN determinado mediante los flujos de caja es de $ 44.417,27
El valor de VPN tiene un valor positivo por lo cual el proyecto es factible de realizarlo.
124 La tasa de rendimiento requerida fue establecida mediante los indicadores que se
detallan a continuación:
Riesgo país.
Tasa de inflación anual.
Tasa de interés pasiva.
(59)
DATOS A FEBRERO 2017 RIESGO PAIS INFLACION ANUAL %
TASA DE INTERÉS PASIVA
TMAR= 6,13 0,90% 5,07%
TMAR= 27,97%
5.14.3. Tasa interna de retorno (TIR)
Es el descuento que deprecia a cero el valor neto (VAN). Y la TIR es el porcentaje
de ganancia que percibe lograr en la maquila. En la tabla 15, se muestra los valores del
TIR que hacen cero al VAN.
Tabla 15
Valores TIR
TIR VPN
44.417,27 0,1021
9,01 1,0
-1.040,54 1,1
De la tabla 15, se realiza los cálculos del valor real de la TIR de la siguiente manera:
125
( )( )
( ) (60)
( )( )
( )
5.14.4. Análisis costo - beneficio
Es la rentabilidad que produce la implementación de la máquina, por cada dólar
invertido, como se muestra la tabla 16 se logran los siguientes valores.
Tabla 16
Relación Costo-Beneficio
RELACIÓN COSTO BENEFICIO
AÑOS FCN FCNA FCNAA
1 6.947,86 43553,2166 43553,2166
2 10.787,86 42679,86 86233,08
3 14.935,06 41824,02 128057,09
4 19.414,03 40985,34 169042,43
5 24.251,33 40163,47 209205,90
209205,90
∑
(61)
Dónde:
= Flujo de Carga Neto [$]
Por lo tanto por cada dólar invertido en la implementación de la máquina de etiquetado
se recuperará $ 20,92 de ingreso.
a. Recuperación de la inversión
126
El periodo de recuperación es el tiempo que se tarda en ser recuperada la inversión
inicial del proyecto.
(62)
La tabla 17 se realiza los valores de comparación que determinan que el proyecto es
viable y seguro.
Tabla 17
Valores límite para que el proyecto sea viable
TÉCNICA DE EVALUACIÓN RANGO
VPN,$ VPN>0
TIR,% TIR%>TMAR%
PRI, Años PRI<n
RBC RBC>1
En la siguiente tabla 18 se podemos visualizar los valores determinados en este análisis
financiero realizado para la máquina.
Tabla 18
Valores límites obtenidos para el proyecto
TÉCNICA DE EVALUACIÓN RANGO
VPN,$ 44.417,27>0
TIR,% 100%>27,97%
PRI, Años 1 año< 5años
RBC 20.92>1
127 5.14.5. Interpretación del análisis financiero
Mediante el VAN obtenido de $44.417,27 permite una decisión acertada, lo que
ratifica que el proyecto es positivo para la implementación en la empresa “GRUPO
FAMILIA” teniendo en cuenta el TIR de 100% el cual es mayor para la TMAR de
27,97% de la totalidad de inversión dando así que el proyecto es factible.
La inversión realizada para el proyecto tiene una etapa de recuperación de menor al
año por tal motivo es de gran satisfacción para la empresa “GRUPO FAMILIA”, lo
cual se garantiza de forma segura para continuar con el desarrollo del proyecto.
128
CONCLUSIONES
Se diseñó el sistema mecánico y eléctrico con las facilidades de los diferentes
programas asistidos por computador e ingeniería que portan las librerías para el
desarrollo adecuado.
Se construyó tanto el sistema mecánico como eléctrico con las debidas normas
y parámetros establecidos de cada componente seleccionado.
Se automatizo el proceso de etiquetado con todos los parámetros que requiere el
programa para realizar debidamente el proceso mediante un controlador lógico
programable.
La construcción de la máquina de etiquetado ha mejorado el proceso, ya que se
tiene mayor eficiencia al realizar este procedimiento.
Con la elaboración de la máquina etiquetadora se logró reducir los tiempos de
etiquetado además de los costos de operación.
Mediante el análisis financiero que se lo realizó durante la elaboración,
construcción y aplicación del proyecto fue de $ 10000 de inversión para lo cual
se estima la recuperación del monto invertido en un periodo de menor al año,
dándonos como resultado un proyecto factible y rentable.
129
RECOMENDACIONES
Se recomienda la correcta colocación de los paquetes y toallas promocionales
para no generar inconvenientes al pasar por el sistema de etiquetado.
Se debe tomar en cuenta el sentido de giro de la banda para evitar atranques en
la transmisión de la banda.
Recomendamos mantener los elementos rodantes lubricados para evitar su
deterioro, mantener una rutina de verificación y de lubricación trimestral.
Mantener un Stock de repuesto de las paletas de duralon, en caso de
deteriorarse por atranques o desgaste.
Se recomienda tener en cuenta la referencia a realizar, ya que de esto
dependerá el número de etiquetas por rollo además de las medidas de la misma.
130
BIBLIOGRAFÍA
Autómatas, P. (12 de 2001). Recuperado el 18 de 05 de 2017, de
http://www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/WebCQMH1/PAGINA%20PRI
NCIPAL/PLC/plc.htm
Automation24. (2011). Recuperado el 2017, de
https://www.interempresas.net/Robotica/FeriaVirtual/Producto-Variadores-de-
frecuencia-Siemens-Sinamics-V20-160362.html
Bandas Industriales_S.A. (1987). Recuperado el 18 de 05 de 2017, de
https://www.bandasindustriales.com/PVC.html
Carrillo & Criollo, C. F. (2013). Recuperado el 18 de 05 de 2017, de
http://repositorio.uta.edu.ec/jspui/handle/123456789/4999
CAUNOR_S.L. (1994). Recuperado el 18 de 05 de 2017, de
http://www.caunor.es/productos/bandas-transportadoras/bandas-silicona-teflon
Conveyor Solutions, B. (1985). Recuperado el 19 de 05 de 2017, de
http://belteccs.com/producto/rugosas/
DG_IMPRENTA. (1995). Recuperado el 19 de 05 de 2017, de
http://www.dgimprentaonline.com/etiquetas-adhesivas-granada/
Ecuador, B. C. (2019). Recuperado el 25 de 01 de 2019, de
https://contenido.bce.fin.ec/docs.php?path=/documentos/Estadisticas/SectorMon
Fin/TasasInteres/Indice.htm
Equipos el Prado S.A. (2009). Recuperado el 10 de 07 de 2017, de
http://www.elprado.co.cr/english/sob_rod.html
germanBelt. (2001). Recuperado el 10 de 06 de 2017, de
http://www.germanbelt.com/es/productos/bandas-transportadoras/bandas-
transportadoras-textiles.html
Hidalgo & Patín, A. N. (04 de 2015). Recuperado el 15 de 06 de 2017, de El presente
trabajo de investigación “ESTUDIO DE SISTEMAS DE ETIQUETADO DE
FRASCOS DE VIDRIO PARA REDUCIR TIEMPOS DE PRODUCCIÓN EN LA
131 FÁBRICA DE MERMELADA LA CARLITA DE LA PARROQUIA FACUNDO
VELA, CANTÓN GUARANDA”, se llevó a cabo debido a la importancia d
HÖKEN_S.A. (1954). Recuperado el 15 de 07 de 2017, de https://hoken-bandas.com/
impresora, L. U. (1931). Recuperado el 15 de 07 de 2017, de
www.universalimpresora.com.mx
Intecman. (2000). Recuperado el 15 de 07 de 2017, de http://intecman.com/default-
item/cintas_transportadoras/
Intelligence, S. S. (07 de 09 de 2016). Recuperado el 15 de 07 de 2017, de
https://cdn.sick.com/media/docs/5/55/055/Product_overview_PROXIMITY_SENS
ORS_PRODUCTS_AT_A_GLANCE_es_IM0073055.PDF
Kunstmann. (1974). Recuperado el 15 de 07 de 2017, de
http://kunstmannchile.cl/wordpress/?page_id=151
OMT BIELLA_S.R.L. (1963). Recuperado el 15 de 07 de 2017, de
http://www.abatech.it/nau_nastro_trasportatore.html
Pepperl-Fuchs. (19 de 09 de 2011). Recuperado el 15 de 07 de 2017, de
https://files.pepperl-
fuchs.com/webcat/navi/productInfo/edb/911541_spa.pdf?v=20181229000135
Pharmachine. (1978). Recuperado el 10 de 05 de 2017, de www.pharmachine.es
PLASTI_GOMM. (1977). Recuperado el 25 de 07 de 2017, de
www.plastigomm.com.ar/cintas-transportadoras/
Santiago. (2 de 07 de 2017). Recuperado el 25 de 07 de 2018, de
http://plcsantiago.blogspot.com/2017/07/partes-interna-y-externa-de-un-plc.html
Santillan Gordon, M. B. (03 de 2008). Recuperado el 20 de 08 de 2017, de
http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/915
Servindustria, M. (1923). Recuperado el 05 de 08 de 2017, de
https://masanes.com/es/ct/bandas-transp-de-pvc-17
Siemens. (1996). Recuperado el 15 de 08 de 2017, de
https://w3.siemens.com/mcms/mc-drives/en/low-voltage-inverter/sinamics-
v20/Pages/sinamics-v20-portlet.aspx
Siemens. (2005). Recuperado el 15 de 08 de 2017, de
http://www.controlfr.com/marcas/siemens/motores_siemens.pdf
132 Siemens S.A, m. t. (17 de 07 de 2002). Recuperado el 15 de 08 de 2017, de
http://gecousb.com.ve/guias/GECO/Dise%C3%B1o%20de%20M%C3%A1quinas
%201%20(MC-4131)/Material%20Te%C3%B3rico%20(MC-4131)/MC-
4131%20Catalogos%20Motor%20Siemens.pdf
Vizuete Alcocer, A. H. (05 de 2010). Recuperado el 15 de 08 de 2017, de
http://repositorio.utc.edu.ec/handle/27000/1809
133
ANEXOS
DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
CARRERA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
CERTIFICACIÓN
Se certifica que el siguiente trabajo de investigación titulado “DISEÑO E
IMPLEMENTACIÓN DE UNA MÁQUINA ETIQUETADORA AUTOMÁTICA DE
EMPAQUES PROMOCIONAL PARA LA LÍNEA DE PRODUCCIÓN ODIN 1(PLANTA
FLUFF)” fue desarrollado por los señores Granda Heredia, Cristian David y
Moreano Sinchiguano, Fausto Javier, el mismo que cumple con los requisitos
teóricos, científicos, técnicos, metodológicos y legales establecidos por la Universidad
de Fuerzas Armadas ESPE.
En la ciudad de Latacunga, a los 5 días del mes de febrero del 2019
Aprobado por: